JP4927483B2 - ハードディスクドライブのバイアスの算出方法、バイアスの補償方法、バイアステーブルの作成方法、記録媒体及びハードディスクドライブ - Google Patents

ハードディスクドライブのバイアスの算出方法、バイアスの補償方法、バイアステーブルの作成方法、記録媒体及びハードディスクドライブ Download PDF

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Description

本発明は、ハードディスクドライブ(Hard Disk Drive:HDD)の効率的なサーボ制御のためのバイアスの補償方法に係り、特に、簡単かつ速かにバイアスを算出する方法、これを利用したバイアスの補償方法、このためのバイアステーブルの作成方法、それに適した記録媒体及びそれに適したHDDに関する。
HDDは、回転する磁気ディスク上にデータを磁気的に記録して読み取る装置であって、大量のデータを高速でアクセスできるため、コンピュータシステムの補助記憶装置として広く使用されている。
HDDにおいてデータは、磁気ディスク上に同心円の形態に形成されたトラックに保存される。これらのトラックは、磁気ディスク上にデータを読み取りまたは記録するための磁気ヘッドによりアクセスされる。磁気ヘッドを磁気ディスク上で移動させて、トラックのうち一つに位置させることをトラック探索と言う。
HDDのトラック探索において、磁気ヘッドに作用する外乱をバイアスという。HDDにおいては、ディスクの回転時に発生する空気流動がヘッドの横面を押して発生する気圧差、ヘッドに連結されるフレキシブルケーブルの張力、ボイスコイルモータ(Voice Coil Motor:VCM)の軸受中心軸の特性などがバイアスに主要な影響を及ぼすと知られている。
また、このようなバイアスは、磁気ヘッドの位置、移動距離及び移動方向などによって変わると知られている。具体的に、探索動作における磁気ヘッドの位置及び移動方向によってボイスコイルの初期駆動力が変わり、移動距離によって磁気ヘッドの初期移動速度が変わるため、磁気ヘッドの位置、移動距離及び移動方向などによってバイアスを補償する。このようなバイアスの補償については、特許文献1、特許文献2、特許文献3及び特許文献4などに開示されている。
従来のバイアスの補償方法によれば、ディスクを内周から外周まで複数の領域に分割し、それぞれの領域でのバイアスを測定してバイアステーブルに保存した後、トラックの探索時これを参照して補償した。
大韓民国特許第10−0403037号明細書 大韓民国特許第10−0260411号明細書 米国特許第5,773,948号明細書 米国特許第6,738,220号明細書
しかし、バイアスは、使用環境によって変わりうるので、実際には、ヘッドの位置によってバイアスを測定し、バイアステーブルに保存された既存のバイアスと差が大きい場合には、当該位置の周辺部または全体領域でのバイアスを更新する方法が多く使用される。
しかしながら、バイアステーブルで周辺部のバイアスのみを更新する場合、他の領域は、既存のバイアスをそのまま維持している状態であるので、それだけ偏差が大きいという問題点がある。したがって、バイアステーブルにおいてディスク全域のバイアスを全て更新することが望ましい。
しかし、バイアステーブルにおいてディスク全域のバイアスを更新する場合、それぞれの領域における新たなバイアスを求め難いだけでなく、長い演算時間がかかるという問題がある。また、バイアスが非線形的に変化する場合には、ディスク上でのヘッドの位置による比例定数を適用する作業が必要であるため、さらに長い時間がかかるという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、HDDにおいて簡単かつ速かにディスク全域のバイアスを算出できる方法に提供することをその目的とする。
また、本発明の他の目的は、HDDにおいて簡単かつ速かにバイアスを補償できる方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、HDDにおいて初期バイアステーブルの作成方法を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、前記のバイアスの補償方法に適したHDDを提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、前記方法に適したプログラムを保存するコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスの算出方法において、ディスク全域にわたってバイアスを測定する過程と、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、ハードディスクドライブの動作条件の変化によって、前記ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、前記二つの基準点で測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、推定されたバイアスの線形成分と抽出されたバイアスの非線形成分とに基づいて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出する過程と、を含むハードディスクドライブのバイアスの算出方法が提供される。
また、前記動作条件は、前記ハードディスクドライブに電源が印加された以後の使用時間であっても良い。
また、前記動作条件は、前記ハードディスクドライブの動作温度であっても良い。
また、前記バイアスの非線形成分を抽出する過程は、前記ディスク全域にわたったバイアスを近似化する直線を設定する過程と、前記ディスク全域にわたったバイアスと前記直線との差により前記バイアスの非線形成分を抽出する過程と、を含むものであっても良い。
また、前記直線は、前記ディスク全域にわたったバイアスと前記直線との差の総和が最小になるように設定されるものであっても良い。
また、前記直線は、前記ディスク全域にわたったバイアスと前記直線との差の二乗根の総和が最小になるように設定されるものであっても良い。
また、前記ディスク全域にわたってバイアスを測定する過程及びバイアスの非線形成分を抽出する過程は、前記ハードディスクドライブの製造工程で行われるものであっても良い。
また、前記ディスク全域にわたってバイアスを測定する過程は、前記ハードディスクドライブに電源が印加された直後に行われるものであっても良い。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスの補償方法において、ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及び前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、前記バイアスの線形成分及び非線形成分をバイアステーブルに保存する過程と、ハードディスクドライブがパワーオンになれば、前記バイアステーブルを参照してバイアスを補償する過程と、を含むハードディスクドライブのバイアスの補償方法が提供される。
ここで、前記バイアスの補償方法は、前記ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、前記二つの基準点で測定されたバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存されたバイアスの線形成分を更新する過程と、更新されたバイアステーブルを参照してバイアスを補償する過程とをさらに含むものであっても良い。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスを補償するためのバイアステーブルの作成方法において、ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及び前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、前記バイアスの線形成分及び非線形成分を保存するバイアステーブルを作成する過程とを含むバイアステーブルの作成方法が提供される。
ここで、前記バイアステーブルの作成方法は、ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、前記二つの基準点で測定されたバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって変化する前記バイアスの線形成分を推定する過程と、前記推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存された前記バイアスの線形成分を更新する過程とをさらに含むものであっても良い。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスの算出方法が記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、ディスク全域にわたってバイアスを測定する過程と、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化によって、前記ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、前記二つの基準点で測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、推定されたバイアスの線形成分と、前記抽出されたバイアスの非線形成分とに基づいて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出する過程とを実行させるためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスの補償方法を行うプログラムが記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及びディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、前記バイアスの線形成分及び非線形成分をバイアステーブルに保存する過程と、ハードディスクドライブがパワーオンになれば、前記バイアステーブルを参照してバイアスを補償する過程とを実行させるためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、HDDのヘッドに印加されるバイアスを補償するためのバイアステーブルの作成方法を行うプログラムが記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及びディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、前記バイアスの線形成分及び非線形成分を保存するバイアステーブルの作成過程を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、情報を保存するディスクと、前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、前記ディスクに情報を記録し、前記ディスクから情報を読み取るヘッドと、前記ヘッドを移動させるボイスコイルモータ(VCM)と、前記ヘッドに印加されるバイアスを補償するためのバイアステーブルを保存するメモリと、トラック追従動作でバイアスを測定し、トラック探索モードで前記メモリに保存されたバイアステーブルを参照してバイアスを補償するコントローラと、を備え、ここで、前記メモリは、ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及びディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を保存し、前記コントローラは、ハードディスクドライブがパワーオンになれば、前記バイアステーブルを参照してバイアスを補償し、ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、ディスク上の基準点でバイアスを測定し、前記測定された基準点でのバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定し、前記推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存されたバイアスの線形成分を更新するハードディスクドライブが提供される。
本発明によれば、ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、ディスク上の任意の2箇所で測定したバイアスにより、ディスク上の任意の位置でのバイアスを簡単に推定できるので、バイアス補償を簡単かつ迅速に行うことが可能となる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態の構成及び動作について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図1は、HDDで測定されたバイアスプロファイルの例を示すグラフである。図1において横軸は、ディスク上のヘッドの位置トラック番号、すなわち、ディスクの内周からの距離を表し、縦軸は、バイアストルクの大きさを表す。図1に示すように、バイアスプロファイルは、ディスク上のヘッドの位置によるバイアスの変化を表す。
図1に示すバイアスプロファイルは、使用時間の経過によって作成されたものである。例えば、最上側のバイアスプロファイルは、HDDがパワーオンになった直後に得られたものであり、最下側のバイアスプロファイルは、HDDの使用時間が最も長い状態で得られたものである。
図1に示すように、バイアスは、HDDの使用時間の経過と共に、一定の値に収斂する特性を表す。
バイアスは、図1に示すように、ディスク上のヘッドの位置及び使用時間によって変化するだけでなく、ヘッドの移動方向、すなわち、ヘッドが内周方向に動くか、または外周方向に移動するかによっても変わる。
図2は、HDDにおいて、ディスク上の領域分割の例を示す図面である。周知のように、HDDは、ディスクの内周から外周までの領域を複数の領域(zone0〜zoneN)に分割して管理する。各領域ごとにトラックピッチ、トラック当りセクター数、記録/再生パラメータなどが異なって設定される。バイアスも、領域別に測定されて補償される。
従来のバイアスの補償方法によれば、測定により得られるか、または推定により得られるバイアスを有するバイアステーブルをメモリに保存させ、トラックの探索時にこれを参照する。また、使用時間の経過や動作温度の変化のような動作条件の変化がある度に、バイアスを再測定または再算出してバイアステーブルを更新する。
しかし、バイアステーブルにおいてディスク全域のバイアスを全て更新する場合、それぞれの領域ごとに新たにバイアスを求めねばならないので、長い時間がかかる。また、バイアスが非線形的に変化する場合には、ディスク上でのヘッドの位置による比例定数を適用する作業が必要であるため、さらに長い計算時間がかかる。
本発明に係るバイアスの補償方法によれば、バイアスをディスク全域にわたって、線形的に変化する線形成分と非線形的に変化する非線形成分とに分けて補償するが、動作条件の変化によってバイアスの線形成分のみを更新する。
観察によれば、バイアスの線形成分及び非線形成分が何れも動作条件の変化によって変化するが、バイアスの線形成分は、変化が非常に大きい一方、バイアスの非線形成分は、無視しても良いほどに小さい。
したがって、バイアスの非線形成分を予め求め、動作条件の変化によって線形成分のみを推定してバイアスを補償できる。ここで、バイアスの線形成分は、ディスク全域にわたって線形的に変化するので、ディスク上の二つの基準点で測定されたバイアスを参照して簡単かつ速かに推定されうる。
バイアスを誘発する最も主要な原因は、アクチュエータに搭載されたヘッドと、HDDの回路部品が搭載された基板とを連結するフレキシブル印刷回路基板(Printed Circuit Board:PCB)の張力及び、アクチュエータ及びヘッドの機構的な形状であると知らされている。
フレキシブルPCBは、アクチュエータの稼動と共に伸縮するので、その張力がヘッドの動きに影響を及ぼし、アクチュエータ及びヘッドの形状も、ディスクの回転時に発生する空気流動と結合して、ヘッドの動きに影響を及ぼす。
フレキシブルPCBの張力は、アクチュエータの位置(すなわち、ディスク上のヘッドの位置)、アクチュエータの移動方向(すなわち、ヘッドの移動方向)などによっても変わるが、主要なものは、HDDの動作温度である。すなわち、HDDの動作温度が変わるにつれて、フレキシブルPCBの張力が変化し、これにより、ヘッドに印加されるバイアスも変わる。HDDの動作温度は、HDDの使用時間と深い関係を有する。
一方、アクチュエータ及びヘッドの機構的な形状によるバイアスは、HDDの動作温度よりはディスク上のヘッドの位置、ヘッドの移動方向などにより影響を受ける。
前述したところを参照すれば、HDDのバイアスは、使用時間及び動作温度に大きく影響を受ける成分と、そうでない部分とに分けて考えうる。使用時間及び動作温度に大きく影響を受ける成分は、アクチュエータ及びヘッドの機構的形状、ディスク上のヘッドの位置、ヘッドの移動方向などによってはあまり影響を受けず、ディスク全域にわたって線形的に変化すると見なされうる。
一方、バイアスにおいて使用時間及び動作温度により大きく影響を受けない成分は、アクチュエータ及びヘッドの機構的な形状、ディスク上のヘッドの位置、ヘッドの移動方向などにより影響を受けるが、影響を受ける程度は、使用時間及び動作温度の変化によって大きく変化せず、ディスク全域にわたって非線形的に変化すると見なされうる。
図3A、図3B、図4A及び図4Bは、バイアスの非線形成分を図式的に示すためのグラフである。図3Aは、ヘッドを内周から外周に移動させつつ測定されたバイアスプロファイルを表し、図4Aは、ヘッドを外周から内周に移動させつつ測定されたバイアスプロファイルを表す。各図面において、横軸は、ディスク上のヘッドの位置トラック番号を表し、縦軸は、バイアストルクの大きさを表す。
また、それぞれのバイアスプロファイルは、HDDを使用し始めた時点、すなわち、HDDがパワーオンになった後から一定時間の間隔を空けて測定されたものである。
図3A及び図4Aに示すバイアスプロファイルは、非線形成分及び線形成分が何れも含まれたものである。一方、図3B及び図4Bに示すバイアスプロファイルは、それぞれ図3A及び図4Aに示すバイアスプロファイルに対応するバイアスの非線形成分を示すものである。図3B及び図4Bから分かるように、バイアスの非線形成分は、HDDの使用時間による差が非常に微小であるということが分かる。
バイアスの非線形成分が、使用時間が経過しても非常に微小な差を示すということは、使用時間の経過によって非線形成分を更新せずとも、十分なバイアスの補償性能を得ることができるということを意味する。
図5は、バイアスプロファイルからバイアスの線形成分及び非線形成分を求めることを図式的に示すグラフである。図5において、横軸は、ディスク上のヘッドの位置トラック番号を表し、縦軸は、バイアス補償値を表す。図5には、バイアスプロファイル502と、これを近似化する直線504とが示される。図5に示すように、バイアスプロファイル502は、直線504、及びバイアスプロファイル502と直線504との差により示されうる。
すなわち、バイアスFは、F=f(p)+a0+a1pで表される。ここで、pは、ディスク上の位置を表し、f(p)は、差値を表し、a0は、直線504の切片、そして、a1は、直線504の傾斜度を表す。
前記数式においてf(p)は、バイアスの非線形成分になり、a0+a1pは、バイアスの線形成分になる。
正確度を高めるために、直線504は、バイアスプロファイル502との差値が最も小さくなるように設定される。すなわち、ディスク上の各位置で、差値の二乗根の総和が最も小さくなるように設定される。
図6は、HDDの使用時間の経過によって測定されたバイアスプロファイルと、それぞれのバイアスプロファイルに相応する線形成分とを示すグラフである。図6において、横軸は、ディスク上のヘッドの位置トラック番号を表し、縦軸は、バイアストルクの大きさを表す。図6において、バイアスプロファイル602aないし602dは、HDDの使用時間の経過によって測定されたものであり、直線604aないし604dは、それぞれのバイアスプロファイル602aないし602dに相応するバイアスの線形成分を表す。
図6に示すように、使用時間の経過によって、バイアスプロファイルは、非常に大きな差を表すが、バイアスの非線形成分は、図3B及び図4Bに示すように、差が非常に微小である。
したがって、バイアスの非線形成分を予め求めておき、動作条件の変化、すなわち、使用時間、動作温度などの変化によってバイアスの線形成分を推定して、バイアスの非線形成分と線形成分とを組合わせることによって、ディスク上の任意の位置でのバイアスを算出できる。
図7は、本発明の一実施形態に係るHDDのバイアスの算出方法を示すフローチャートである。
図7に示すように、まず、ディスク全域にわたってバイアスを測定してバイアスプロファイルを得る(S702)。
測定されたバイアスプロファイルに基づいて、ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する(S704)。バイアスの非線形成分の抽出については、図5を参照して詳細に説明されている。そして、S702及びS704は、HDDの製造工程、特に、バーンインテストの工程で行われることが望ましい。得られたバイアスの非線形成分は、バイアステーブルに収録され、バイアステーブルは、ディスクのメンテナンスシリンダーに保存される。
ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する(S706)。ここで、二つの基準点は、任意的に選択されうる。
s706で測定されたバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分を推定する(S708)。
図8は、図7に示す本発明の一実施形態に係るバイアスの算出方法において、バイアスの線形成分を推定する方法を図式的に示すグラフである。図8において、横軸は、ディスク上のヘッドの位置トラック番号を表し、縦軸は、バイアス補償値を表す。
図8に示すように、バイアスの線形成分は、ディスク上の二つの基準点P_a、P_bで測定されたバイアスを連結する直線802により示される。ここで、二つの基準点P_a、P_bは、任意的に選択されうる。
S708で推定されたバイアスの線形成分と、S704で抽出されたバイアスの非線形成分とに基づいて、ディスク上の所望の位置でのバイアスを算出する(S710)。
図9は、本発明の一実施形態に係るバイアスの算出方法の効果を示すグラフである。 図9において、横軸は、ディスク上のヘッドの位置トラック番号を表し、縦軸は、バイアストルクの大きさを表す。図9において902は、初期バイアスプロファイル、例えば、HDDのパワーオン直後に測定されたバイアスプロファイルを表し、904は、HDDを使用した後に一定時間、例えば、3分が経過した後に本発明によるバイアスの算出方法により算出されたバイアスプロファイルを示し、906は、算出されたバイアスプロファイル904に相応する実際に測定されたバイアスプロファイルを示す。本発明に係るバイアスの算出方法により算出されたバイアスプロファイル904と、実際に測定されたバイアスプロファイル906との誤差が非常に小さいということが分かる。
一方、使用時間がさらに経過した後に得られたバイアスプロファイル912、及びこれに基づいて一定時間が経過した後に算出及び測定されたバイアスプロファイル914、916を参照すれば、算出されたバイアスプロファイル914と、測定されたバイアスプロファイル916との差がさらに小さくなっているということが分かる。これは、バイアスが使用時間の経過によって収斂するためであり、本発明のバイアスの算出方法も、使用時間の経過によってさらに正確になるということが分かる。
図10は、本発明の一実施形態に係るバイアスの補償方法を示すフローチャートである。図10に示すように、HDDがパワーオンになれば、ディスクのメンテナンスシリンダーに記録されたバイアステーブルを読み取ってメモリに保存する(S1002)。
ここで、バイアステーブルは、バイアスの非線形成分及び初期使用に相応する線形成分を有する。バイアスの非線形成分及び線形成分を求めることについては後述する。
メモリに保存された初期バイアステーブルを参照してバイアス補償を行う(S1004)。バイアス補償において、エラーが所定の範囲を逸脱するかを検査する(S1006)。すなわち、一般的なディスクトラッキング中に、閉ループ制御器が、例えば、エラーを0にするための集積制御を利用してバイアスを連続的に測定し、前記連続的に測定されたバイアスと、メモリに保存されたバイアスとの差を計算する。エラーが所定の範囲を逸脱しなければ、S1004過程を通じてバイアス補償を行い続ける。
バイアス補償のためのバイアス補償値は、バイアステーブルのバイアスの線形成分と非線形成分とを組合わせることによって得られる。バイアステーブルには、バイアスの線形成分を示すための直線の方程式が保存されており、ディスク上のヘッドの位置を代入することによって、当該位置でのバイアスの線形成分を得る。
一方、バイアステーブルにおいてバイアスの非線形成分は、ディスク上のヘッドの位置によって保存される。すなわち、図3B及び図4Bに示すようなグラフが、バイアステーブルに保存されている。
当該位置でのバイアスの線形成分が得られれば、これを当該位置でのバイアスの非線形成分と組合わせ、例えば、加算することによって当該位置でのバイアスを得る。得られたバイアスを適用してバイアス補償を行う。
もし、エラーが所定の範囲を逸脱したならば、バイアステーブルを更新する。エラーが所定の範囲を逸脱するということは、バイアス補償のために使用するバイアスプロファイルが、以前に使用されたものに比べて大きく変わっているということを意味し、また、バイアスの線形成分を更新する必要があるということを意味する。
ディスク上の任意の2箇所でバイアスを測定し、測定されたバイアスを参照してバイアスの線形成分を推定する(S1008)。
以後、推定されたバイアスの線形成分で、メモリに保存されたバイアステーブルのバイアス線形成分を更新する(S1010)。以後、更新されたバイアステーブルによりバイアス補償が行われる。
図11は、本発明の一実施形態に係るバイアステーブルの作成方法を示すフローチャートである。
図11に示すように、バイアスプロファイルが作成される(S1102)。バイアスプロファイルは、ヘッドをディスク上で移動させつつ、ディスク全域にわたって測定して得られる。バイアスの測定方法は、種々あり、簡単には、トラックの追従時にVCMに印加される駆動電流の直流(dc)成分を測定することにより得られる。
測定されたバイアスプロファイルを参照して、バイアスの線形成分及び非線形成分を求める(S1104)。バイアスの線形成分及び非線形成分を求めることについては、図5を参照して詳細に説明した。
求められたバイアスの線形成分及び非線形成分をバイアステーブルに収録する(S1106)。バイアスの線形成分は、図5を参照して求められる直線の方程式、すなわち、切片a0及び傾斜度a1で表される方程式として保存され、バイアスの非線形成分は、ディスク上のヘッドの位置によって保存される。
バイアステーブルは、ディスクのメンテナンスシリンダーまたは不活性メモリに保存され、以後にHDDにより使用される。例えば、トラックの探索時のバイアスの補償のために使用される。
図12は、本発明に係るバイアステーブルの作成方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
図12に示すように、バイアスプロファイルが作成される(S1202)。バイアスプロファイルは、ヘッドをディスク上で移動させつつ、ディスク全域にわたって測定して得られ、HDDの使用時間によって測定される。
それぞれのバイアスプロファイルに対するバイアスの非線形成分を求める(S1204)。それぞれのバイアスプロファイルに対するバイアスの非線形成分を平均することによって、バイアス補償のために使用されるバイアスの非線形成分を算出する(S1206)。
HDDがパワーオンになった直後に求められたバイアスプロファイルの線形成分、及びS1206で求められたバイアスの非線形成分をバイアステーブルに収録する(S1208)。バイアステーブルにHDDがパワーオンになった直後に求められたバイアスプロファイルの線形成分を保存することは、HDDの使用初期において、HDDがパワーオンになった後、初期化動作中にメンテナンスシリンダーから読み取られてメモリに保存されたバイアステーブルが、バイアスの補償のために使用されるためである。
図12に示す方法では、使用時間の経過によって測定された多様なバイアスプロファイルから得られるバイアスの非線形成分により、補償のために使用されるバイアスの非線形成分を算出するという特徴がある。
図11及び図12に示す本発明に係るバイアステーブルの作成方法は、HDDの製造工程、特に、バーンインテスト工程で行われることが望ましい。
図13は、本発明が適用されるHDD 10の構成を示す図面である。HDD 10は、スピンドルモータ14によって回転される少なくとも一つの磁気ディスク12を備えている。HDD 10は、ディスク12の表面に隣接して位置したヘッド16をさらに備えている。
ヘッド16は、それぞれのディスク12の磁界を感知し、それを磁化させることによって回転するディスク12に/から情報を記録かつ/または読み取ることができる。たとえ、単一のヘッド16で図示されて説明されているが、これは、ディスク12を磁化させるための記録用ヘッドと、ディスク12の磁界を感知するための分離された読み取り用ヘッドとを事実上備えると理解されねばならない。読み取り用ヘッドは、磁気抵抗(Magneto−Resistive:MR)素子から構成される。
ヘッド16は、スライダー20に統合されうる。スライダー20は、ヘッド16とディスク12との間に空気軸受を生成させる構造になっている。スライダー20は、ヘッドジンバルアセンブリ(Head Gimbal Assembly:HGA)22に結合されている。HGA 22は、ボイスコイル26を有するアクチュエータアーム24に付着されている。ボイスコイル26は、VCM 30を特定するマグネチックアセンブリ28に隣接して位置している。ボイスコイル26に供給される電流は、軸受アセンブリ32に対してアクチュエータアーム24を回転させるトルクを発生させる。アクチュエータアーム24の回転は、ディスク12を横切ってヘッド16を移動させる。
情報は、典型的にディスク12の環状トラック34内に保存される。各トラック34は、一般的に、複数のセクターを備えている。各セクターは、データフィールド及び識別フィールドを備えている。識別フィールドは、セクター及びトラック(シリンダー)を識別するグレーコードから構成されている。ヘッド16は、他のトラックにある情報を読み取るか、または記録するために、ディスク12を横切って移動する。他のトラックを横切ってヘッドを移動させることを、一般的に、トラック探索ルーチンという。
図14は、図13に示す装置の回路構成を示すブロック図である。図14に示すように、HDDは、ディスク12、磁気ヘッド16、プリアンプ210、記録/読み取りチャンネル220、バッファ230、コントローラ240、ROM
250A、RAM 250B、ホストインターフェース260及びVCM駆動部270を備える。
ROM 250Aには、ソフトウェアルーチンを実行させるために、コントローラ240によって使用される各種の命令語及びデータが保存されている。ソフトウェアルーチンの一つとして、HDDのバイアステーブルを参照してバイアスを補償しつつ、一つのトラックから他のトラックにヘッド16を移動させる探索制御ルーチンがある。また、ROM
250Aには、一例として、トラックの探索のためのサイン波形の加速度、速度及び位置軌跡を生成させるための方程式が保存されている。
RAM 250Bには、ドライブの駆動初期にROM 250Aまたはディスク12で読み取ったHDDの駆動に必要な情報が保存される。特に、RAM 250Bには、トラックの探索時にバイアスの補償のために参照するバイアステーブルが保存されている。
コントローラ240は、ホストインターフェース260を通じてホスト機器(図示せず)から受信されるコマンドを分析し、分析された結果に相応する制御を実行する。コントローラ240は、VCMの励起及び磁気ヘッド16の動きを制御するために、VCM駆動回路270に制御信号を供給する。
まず、一般的なHDDの動作を説明すれば、次の通りである。データ読み取りモードで、HDDは、ディスク12から磁気ヘッド16の読み取り用ヘッドによって感知された電気的な信号をプリアンプ210で一次的に増幅する。その後、記録/読み取りチャンネル220では、自動利得制御回路(図示せず)によって利得を制御して、プリアンプ210で増幅された信号を一定のレベルに増幅し、自動利得制御回路によって一定のレベルに増幅されたアナログ信号を、ホスト機器(図示せず)が読み取り可能なデジタル信号に符号化させ、ストリームデータに変換してバッファ230に一時保存させた後、ホストインターフェース260を通じてホスト機器に伝送する。
次に、書き込みモードで、HDDは、ホストインターフェース260を通じてホスト機器からデータを入力されてバッファ230に一時保存させた後に、バッファ230に保存されたデータを順次に出力して、記録/読み取りチャンネル220によって記録チャンネルに適したバイナリデータストリームに変換させた後、プリアンプ210によって増幅された記録電流を磁気ヘッド16の記録用ヘッドを通じてディスク12に記録させる。
では、コントローラ240で行われるトラックの探索方法について詳細に説明する。トラック探索動作において、コントローラ240は、探索距離による探索時間を計算し、計算された探索時間に基づいて加速度、速度及び位置軌跡を生成させて、VCMの駆動電流を制御するプロセスを実行する。このとき、コントローラ240は、RAM 250Bに保存されたバイアステーブルを参照してVCMの駆動電流を補償する。
図15は、図14に示すコントローラ240によって行われるハードウェア及びソフトウェアから構成された典型的なトラック探索サーボ制御システムを示す。
シーク軌跡生成器60は、ヘッド16がトラック34に記録されたグレーコードを読み取る度に、正弦波の加速度軌跡、加速度軌跡を積分して得た速度及び位置軌跡からヘッド16の設計位置x(n)、設計速度v(n)及び設計加速度a(n)を計算する。
状態推定器62は、入力される位置エラー信号及び制御信号ukから状態方程式を利用して、ヘッドの実際位置及び実際速度情報を含むヘッド動きの状態変数値を推定するプロセスを実行する。
第1合算器64は、設計位置値x(n)から実際位置値x(n)を減算する。そして、位置制御利得補償器66は、第1合算器64で演算された設計位置値と実際位置値との差に、位置補正のための位置利得kを乗算した位置補正値を生成させる。
次に、第2合算器68は、位置制御利得補償器66で生成された位置補正値に、設計速度値v(n)を合算した後、実際速度値v(n)を減算する。
速度制御利得補償器70は、第2合算器68で演算された値に、速度補正のための速度利得kを乗算した速度補正値を生成する。
次に、第3合算器72は、速度補正値と設計加速度値とを合算して、シーク駆動電流制御値uk(n)を生成する。
バイアスフォース補償器74は、RAM 250Bに保存されたバイアステーブルを参照して、シーク駆動電流制御値uk(n)でのヘッド16の位置によるバイアスが補償されたシーク駆動電流制御値を生成し、これをVCMドライバ76に印加する。それにより、VCMドライバ76は、バイアスが補償されたシーク駆動電流制御値に相応する電流をヘッドディスクアセンブリ10のボイスコイルに供給することによって、VCMを回転させてヘッド16を移動させる。
サイン波形の探索サーボアルゴリズムによる加速度、速度、位置軌跡及び電流軌跡は、次の数式1から求めることができる。
Figure 0004927483
ここで、TSKは、探索時間であり、Iは、ボイスコイルに供給される最大電流であり、Kは、加速度定数をそれぞれ表す。
所定の探索長さXSKに対して、時間tは、探索時間TSKと同じであり、次のような関係を有する。
Figure 0004927483
数式2及び数式3を利用して、所定の探索長さXSKに対して必要とする探索時間TSKを求めることができる。
Figure 0004927483
数式3によれば、VCMに印加される電流Iによって限定されるサイン波形の計算されたシーク軌跡を生成させるという点を表す。
しかし、実際にヘッド16の動きは、それに作用するバイアスにより撹乱されるので、これを補償する必要がある。
コントローラ240は、RAM 250Bに保存されたバイアステーブルを参照して、VCMに印加される電流Iを補償する。
このために、図9のフローチャートを参照して説明されたように、コントローラ240は、HDDに電源が印加されるとき、ディスク12のメンテナンスシリンダーに記録されたバイアステーブルをRAM 250Bに保存させる。
以後、コントローラ240は、トラックの探索時にRAM 250Bに保存されたバイアステーブルを参照してバイアス補償を行う。もし、バイアス補償において、エラー値が所定の範囲を逸脱すれば、コントローラ240は、ディスク12上の二つの基準点でバイアスを測定し、測定されたバイアスによりバイアスの線形成分を推定し、推定されたバイアスの線形成分で、RAM 250Bに保存されたバイアスの線形成分を更新する。
以後、トラック探索動作が開始されれば、コントローラ240は、RAM 250Bに保存されたバイアスプロファイルを参照してバイアスを補償する。
添付された図面に図示されて説明された特定の実施形態は、単に本発明の例として理解され、本発明の範囲を限定するものではなく、当業界で本発明に記述された技術的思想の範囲でも多様な他の変更が発生しうるので、本発明は、表示されるか、または記述された特定の構成及び配列に制限されないということは明らかである。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、ハードディスクドライブに関連した技術分野に好適に適用されうる。
HDDで測定されたバイアスプロファイルの例を示すグラフである。 HDDにおいて、ディスク上の領域分割の例を示す図面である。 バイアスの非線形成分を図式的に示すグラフである。 バイアスの非線形成分を図式的に示すグラフである。 バイアスの非線形成分を図式的に示すグラフである。 バイアスの非線形成分を図式的に示すグラフである。 バイアスプロファイルからバイアスの線形成分及び非線形成分を求めることを図式的に示すグラフである。 HDDの使用時間の経過によって測定されたバイアスプロファイルと、それぞれのバイアスプロファイルに相応する線形成分とを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るHDDのバイアスの算出方法を示すフローチャートである。 図7に示す本発明の一実施形態に係るバイアスの算出方法において、バイアスの線形成分を推定する方法を図式的に示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るバイアスの算出方法の効果を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るバイアスの補償方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るバイアステーブルの作成方法を示すフローチャートである。 本発明に係るバイアステーブルの作成方法の他の実施形態を示すフローチャートである。 本発明が適用されるHDDの構成を示す図面である。 図13に示す装置の回路構成を示すブロック図である。 図14に示すコントローラによって行われるハードウェア及びソフトウェアから構成された典型的なトラック探索サーボ制御システムを示すブロック図である。
符号の説明
10 HDD
12 磁気ディスク
14 スピンドルモータ
16 ヘッド
20 スライダー
22 HGA
24 アクチュエータアーム
26 ボイスコイル
28 マグネチックアセンブリ
30 VCM
32 軸受アセンブリ
34 環状トラック
60 シーク軌跡生成器
62 状態推定器
64 第1合算器
66 位置制御利得補償器
68 第2合算器
70 速度制御利得補償器
72 第3合算器
74 バイアスフォース補償器
76 VCMドライバ

Claims (14)

  1. 予め抽出されたディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を読み出す過程と、
    ハードディスクドライブの動作条件の変化によって、前記ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、
    前記二つの基準点で測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、
    推定されたバイアスの線形成分と抽出されたバイアスの非線形成分とを組み合わせて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出する過程と、
    を含むことを特徴とする、ハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  2. 前記動作条件は、前記ハードディスクドライブに電源が印加された以後の使用時間であることを特徴とする、請求項1に記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  3. 前記動作条件は、前記ハードディスクドライブの動作温度であることを特徴とする、請求項1に記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  4. 前記バイアスの非線形成分を抽出する過程は、
    前記ディスク全域にわたったバイアスを近似化する直線を設定する過程と、
    前記ディスク全域にわたったバイアスと前記直線との差により前記バイアスの非線形成分を抽出する過程と、を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  5. 前記直線は、前記ディスク全域にわたったバイアスと前記直線との差の総和が最小になるように設定されることを特徴とする、請求項4に記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  6. 前記直線は、前記ディスク全域にわたったバイアスと前記直線との差の二乗根の総和が最小になるように設定されることを特徴とする、請求項5に記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  7. 前記ディスク全域にわたってバイアスを測定する過程及びバイアスの非線形成分を抽出する過程は、前記ハードディスクドライブの製造工程で行われることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  8. 前記ディスク全域にわたってバイアスを測定する過程は、前記ハードディスクドライブに電源が印加された直後に行われることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載のハードディスクドライブのバイアスの算出方法。
  9. ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及び前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、
    前記バイアスの線形成分及び非線形成分をバイアステーブルに保存する過程と、
    ハードディスクドライブがパワーオンになれば、前記バイアステーブルを参照してバイアスを補償する過程と、を含み、
    前記バイアスを補償する過程は、
    前記ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、前記ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、
    前記測定された2箇所のバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、
    推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存された前記バイアスの線形成分を更新する過程と、
    前記更新されたバイアステーブルを参照して、推定されたバイアスの線形成分と抽出されたバイアスの非線形成分とを組み合わせて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出してバイアスを補償する過程と、
    を含むことを特徴とする、ハードディスクドライブのバイアスの補償方法。
  10. ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及び前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、
    前記バイアスの線形成分及び非線形成分を保存するバイアステーブルを作成する過程と、
    前記ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、前記ディスク上の基準点でバイアスを測定する過程と、
    前記基準点で測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、
    前記バイアスの線形成分とバイアスの非線形成分とを組み合わせて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出するために、推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存された前記バイアスの線形成分を更新する過程と、
    を含むことを特徴とする、ハードディスクドライブのバイアステーブルの作成方法。
  11. ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスを算出する方法が記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、
    予め抽出されたディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を読み出す過程と、
    前記ハードディスクドライブの動作条件の変化によって、前記ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、
    前記二つの基準点で測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、
    推定されたバイアスの線形成分と抽出されたバイアスの非線形成分とに基づいて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出する過程と、
    を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体。
  12. ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスを補償する方法を行うプログラムが記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、
    ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及び前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、
    前記バイアスの線形成分及び非線形成分をバイアステーブルに保存する過程と、
    ハードディスクドライブがパワーオンになれば、前記バイアステーブルを参照してバイアスを補償する過程と、
    を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体であって、
    前記バイアスを補償する過程は、
    前記ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、前記ディスク上の二つの基準点でバイアスを測定する過程と、
    前記測定された2箇所のバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、
    推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存された前記バイアスの線形成分を更新する過程と、
    前記更新されたバイアステーブルを参照して、推定されたバイアスの線形成分と抽出されたバイアスの非線形成分とを組み合わせて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出してバイアスを補償する過程と、
    を含む記録媒体。
  13. ハードディスクドライブのヘッドに印加されるバイアスを補償するためのバイアステーブルを作成する方法を行うプログラムが記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体において、
    ディスク全域にわたってバイアスを測定し、測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及び前記ディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を抽出する過程と、
    前記バイアスの線形成分及び非線形成分を保存するバイアステーブルを作成する過程と、
    前記ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、前記ディスク上の基準点でバイアスを測定する過程と、
    前記基準点で測定されたバイアスに基づいて、前記ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定する過程と、
    前記バイアスの線形成分とバイアスの非線形成分とを組み合わせて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出するために、推定されたバイアスの線形成分により、前記バイアステーブルに保存された前記バイアスの線形成分を更新する過程と、
    を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体。
  14. 情報を保存するディスクと、
    前記ディスクを回転させるスピンドルモータと、
    前記ディスクに情報を記録し、前記ディスクから情報を読み取るヘッドと、
    前記ヘッドを移動させるボイスコイルモータと、
    前記ヘッドに印加されるバイアスを補償するためのバイアステーブルを保存するメモリと、
    トラック追従動作でバイアスを測定し、トラック探索モードで前記メモリに保存されたバイアステーブルを参照してバイアスを補償するコントローラと、を備え、
    前記メモリは、ディスク全域にわたって線形的に変化するバイアスの線形成分、及びディスク全域にわたって非線形的に変化するバイアスの非線形成分を保存し、
    前記コントローラは、ハードディスクドライブがパワーオンになれば、前記バイアステーブルを参照してバイアスを補償し、ハードディスクドライブの動作条件が変化すれば、ディスク上の基準点でバイアスを測定し、前記基準点で測定されたバイアスに基づいて、ディスク全域にわたって変化するバイアスの線形成分を推定し、前記推定されたバイアスの線形成分により前記バイアステーブルに保存されたバイアスの線形成分を更新し、前記更新されたバイアステーブルを参照して、推定されたバイアスの線形成分と抽出されたバイアスの非線形成分とを組み合わせて、前記ハードディスクドライブの動作条件の変化による前記ディスクの一つの地点でバイアスを算出してバイアスを補償することを特徴とするハードディスクドライブ。
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