JP5433167B2 - ハードディスクドライブの記録密度向上方法及びその制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ、以下、ＨＤＤ）の記録密度向上方法に係り、より詳細には、ソフトウェア的にＴＰＩ（Ｔｒａｃｋ Ｐｅｒ Ｉｎｃｈ）を増加させる方法に関する。

ＨＤＤは、情報保存のために使われる記録装置であり、ハードディスクの少なくともいずれか一面の同心トラック上に情報を記録する。ディスクは、スピンドルモータに回転自在に搭載され、情報は、ボイスコイルモータにより回転されるアクチュエータアームに搭載された磁気ヘッドによりアクセスされる。ボイスコイルモータは、電流により励磁されてアクチュエータを回転させ、かつ磁気ヘッドを移動させる。
磁気ヘッドは、記録ヘッドと再生ヘッドとを備える。記録ヘッドに記録電流が印加されれば、記録ヘッドは隣接した領域のディスク表面を磁化させて情報を保存させる。再生ヘッドは、ディスクの表面から出る磁気の変化を感知してディスク表面に記録された情報を判読する。

一般的に、水平磁気記録メカニズムに比べて垂直磁気記録メカニズムの記録密度が高いという点が知られている。したがって、最近の大部分のＨＤＤは高い記録密度のために垂直磁気記録メカニズムを採択している。
垂直磁気記録メカニズムは、磁化方向がメディアの平面に垂直の方向に配列されることである。かかる垂直磁気記録メカニズムは、強磁性膜と柔磁性底層（Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｕｎｄｅｒ−ｌａｙｅｒ、ＳＵＬ）とを含む二重磁気膜を備える垂直磁気記録媒体とポールヘッドとを共に適用する。ポールヘッドを利用して垂直磁気記録媒体にビットを記録するためには、ポールヘッドに適切な交流電流を印加する。

現在多くのＨＤＤ関連業界ではＴＰＩを増加させるための努力をしている。そのために、記録ポールの幅を狭めるために多くの努力をしており、また、消去バンドの幅を狭めるために側面シールドを設けるか、または記録ポールを全体的に取り囲むＷＡＳ（Ｗｒａｐ Ａｒｏｕｎｄｉｎｇ Ｓｈｉｅｌｄｅｄ）ヘッドなどのハードウェアを採用している。

本発明の目的は、従来の磁気ヘッド及びハードディスクを備えたＨＤＤをソフトウェア的に記録密度を向上させる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、前記方法を具現する制御装置を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、前記方法を具現する機能を備えたプリアンプを提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によるＨＤＤの記録密度向上方法は、記録信号に相応する記録電流をＨＤＤの磁気ヘッドに印加する第１ステップと、前記記録電流が所定の臨界値に到達すれば、前記磁気ヘッドに印加する電流を前記臨界値に制限する第２ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、前記臨界値は、高周波での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加された最大記録電流に該当する。
本発明によれば、前記第２ステップは、前記磁気ヘッドとプリアンプとの間に配置されたクランピング回路によって行われる。

前記の目的を達成するために、本発明の他の実施形態によるＨＤＤの記録密度向上方法は、記録信号に相応する記録電流をＨＤＤの磁気ヘッドに印加する第１ステップと、記録周波数の大きさを判断する第２ステップと、前記記録周波数による臨界値で構成されたルックアップテーブルを照会して臨界値を定める第３ステップと、前記記録電流が前記臨界値になれば、前記磁気ヘッドに印加する電流値を前記臨界値に制限する第４ステップと、を含むことを特徴とする。
前記ルックアップテーブルは、該当ＨＤＤの磁気ヘッド及び記録媒体の特性によって個別的に設定される。
前記臨界値は、前記記録周波数の増加に従って増加する。
本発明によれば、前記第２ステップは、データ“０”の連続した数を把握するステップである。
また、前記第２ステップで、前記記録周波数が高周波記録周波数である場合、前記第３及び第４ステップを省略する。

前記の他の目的を達成するために、本発明の一実施形態によるＨＤＤの制御装置は、記録信号に相応する記録電流をＨＤＤの磁気ヘッドのコイルに印加するプリアンプと、前記記録電流が所定の臨界値に到達すれば、前記記録電流を前記臨界値に制限するクランピング回路と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、前記プリアンプからの第１入力信号と、前記クランピング回路からの第２入力信号とのうち一つの信号を出力するマルチプレクサをさらに備える。
前記のさらに他の目的を達成するために、本発明の一実施形態によるプリアンプは、ＨＤＤの磁気ヘッドのコイルに記録電流を印加するプリアンプにおいて、前記記録電流が所定の臨界値に到達すれば、前記記録電流を前記臨界値に制限するクランピング回路を備えることを特徴とする。

本発明による記録密度向上方法は、オーバーシュート記録電流を使用して上昇時間を短縮させつつも、実際記録電流が臨界値に到達すれば、記録電流値を前記臨界値に制限することによって、低記録周波数でのＷＴＷ幅を縮小させ、これはＴＰＩの増加をもたらす。
また、記録周波数に関係なくＷＴＷ幅が一定に維持されるので同じＴＰＩでＡＴＥ（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｔｒａｃｋ Ｅｒａｓｅ）が減少する効果がある。
また、既存のＨＤＤで回路を改善することによって、追加費用なしに記録密度を向上させることができる。
また、本発明の記録密度向上方法は、垂直磁気記録メカニズムだけでなく垂直磁気記録メカニズムを採択したＨＤＤにも適用できる。

以下、添付された図面を参照して本発明の構成及び動作を詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されるＨＤＤ１００の一例を示す平面図である。ディスクドライブ１００は、スピンドルモータ１０４により回転されるディスク１０２を備える。スピンドルモータ１０４は、ベースプレート１０６に搭載される。アクチュエータアームアセンブリー１０８もベースプレート１０６に搭載される。アクチュエータアームアセンブリー１０８はサスペンション１１２に装着された磁気ヘッド１１０を含む。サスペンション１１２は、ベアリングアセンブリー１１６で回転できるアクチュエータアーム１１４に取り付けられる。アセンブリー１０８は、ベースプレート１０６に搭載された磁石と結合されるボイスコイル１１８を備える。ボイスコイル１１８に電流を加えてディスク１０２に対して磁気ヘッド１１０を移動させる。一般的に各ディスク面毎に一つのヘッドが存在できる。スピンドルモータ１０４、ボイスコイル１１８及びヘッド１１０は、印刷回路ボード１２２に搭載された複数の電子回路１２０と連結される。電子回路１２０は、再生／記録チャンネル回路、サーボ駆動部、及びスピンドルモータ駆動部を備える。サーボ駆動部は、磁気ヘッドの位置を制御するためにボイスコイル１１８を制御する。スピンドルモータ駆動部は、ディスク１０２の回転を制御するためにスピンドルモータ１０４を制御する。再生／記録チャンネル回路は後述する。

図２は、本発明の好ましい実施形態による電子回路１２０の一部構成を示すブロック図である。当業界で周知のサーボ駆動部及びスピンドルモータ駆動部については省略した。
図２を参照すれば、電子回路１２０は、磁気ヘッド（図１の１１０）のコイル（図示せず）に記録電流を印加する回路図を示す。電子回路１２０は、再生／記録チャンネル回路１２５、プリアンプ１２６、クランピング回路１２７、マルチプレクサ１２８、制御部１３０を備える。
再生／記録チャンネル回路１２５は、制御部１３０から入力された記録データをデコードしてプリアンプ１２６に伝達する。
プリアンプ１２６は、記録時には再生／記録チャンネル回路１２５から入力された記録信号に相応する記録電流をクランピング回路１２７に入力する。

クランピング回路１２７は、プリアンプ１２６から磁気ヘッド１１０に実際に印加される記録電流が所定の臨界値に到達すれば、前記記録電流を前記臨界値に制限する。前記臨界値は、高周波での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加される最大記録電流に該当する。高周波で記録するのは、二進信号のうち“１１”信号が入力される場合をいい、高記録周波数と呼ばれることもある。
前記マルチプレクサ１２８は、プリアンプ１２６からの第１入力信号Ｉｎ_１と、クランピング回路からの第２入力信号Ｉｎ_２とのうち、制御部１３０からの制御信号によって第１入力信号Ｉｎ_１または第２入力信号Ｉｎ_２を出力信号Ｏｕｔとして磁気ヘッド１１０に印加する。

ＴＰＩを増加させるためには磁気ヘッドの構造を改善することもあるが、本発明では、既存のＨＤＤ構造（また、今後の技術発展により出現するＨＤＤも含み）で記録電流を印加する方法を改善することによってＷＴＷ（Ｗｒｉｔｅ Ｔｒａｃｋ Ｗｉｄｔｈ）を縮小させる。
ＷＴＷは、磁気ヘッドと記録媒体の保磁力とによって定められ、それにより、ＴＰＩが決定される。ディスクの動的保磁力は、記録周波数が増加するにつれて増加する。これは、高周波数で記録する時に、低周波数で記録する時より高い磁場を必要とすることを意味する。

図３は、記録電流とＦｌｕｘとの経時的な大きさを示すグラフである。図３を参照すれば、記録電流やＦｌｕｘは、一定時間の上昇時間を持つ。このような上昇時間の経過後、特定の電流値やＦｌｕｘ値を持つようになる。オーバーシュート電流は、記録電流やＦｌｕｘの上昇時間を短縮するために使用する。特に、高周波での記録時にディスクの動的保磁力に鑑みてオーバーシュート記録電流が必要になる。

図４は、記録密度による記録ビットの形状を示すＭＦＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）写真である。図４を参照すれば、記録密度が高くなるにつれてＷＴＷが縮小したことが分かる。すなわち、高周波での記録時にＷＴＷが縮小したことを示す。
図５は、記録周波数によるＷＴＷの変化を示すグラフである。記録周波数が増加すれば、すなわち、記録密度が増加すればＷＴＷが縮小することが分かる。記録周波数が１００Ｍｂｐｓから４００Ｍｂｐｓに増加時にＷＴＷが約１５％縮小した。

図６は、従来の方法により記録する時の記録電流グラフであり、図７は、従来の方法により記録する時のＷＴＷを概略的に示す図面である。
図６を参照すれば、低周波で情報を記録する時には記録電流が目標値、例えば、３０ｍＡまで増加し、これにより磁気ヘッドでの磁場が大きくなり、記録媒体の動的保磁力も小さいので、相対的にＷＴＷが大きくなる。図７で２０１で表示された部分のＷＴＷを参照する。ここで、低周波記録とは、二進数の“０”データが３つ以上反復される時をいい、低記録周波数と呼ばれることもある。
高周波で情報を記録する時は記録電流が目標値、例えば、−３０ｍＡに絶対値が増加する途中で、次の情報記録のために電流の方向が変わって、結局、情報記録時の記録電流値は目標値より低い絶対値、例えば、−２０ｍＡになり、これにより、磁気ヘッドから出る磁場も低周波記録時に比べて小さくなり、記録媒体の動的保磁力も大きくなってＷＴＷは相対的に小さくなる。図７で２０２で表示された部分のＷＴＷを参照する。

図７で参照番号２０３は、“１”データと次の“１”データとの間に“０”データが一つまたは二つである時のＷＴＷを示し、低周波記録時及び高周波記録時のＷＴＷ間の値を持つ。
かかる記録が反復されることによって記録されたビットの形態は、図７に示したように低周波記録時と高周波記録時とのＷＴＷ幅が変わる。この場合、ＴＰＩを支配するＷＴＷは、低周波記録時に記録された広いＷＴＷになる。本発明の目的は、この低周波記録時のＷＴＷ幅を高周波記録時のＷＴＷ幅に狭めるところにある。

図８は、同じ周波数記録（１００Ｍｂｐｓ）での記録電流によるＷＴＷを示すグラフである。図８を参照すれば、同じ周波数記録でも記録電流が小さくなるにつれてＷＴＷが縮小することを示す。記録電流が２０ｍＡである時は、６０ｍＡである時に比べてＷＴＷが１０ｎｍ（約０．４ｍｉｃｒｏ−ｉｎｃｈ）程度小さいことが分かる。この値は、現在のようにＷＴＷが１００ｎｍ以上になる状況ではＷＴＷの１０％未満の値であるが、ＷＴＷが継続的に小さくなって５０ｎｍＷＴＷになった時は、全体ＷＴＷの２０％を占める非常に大きい値になりうる。したがって、記録電流値を制御すれば、ＷＴＷを制御できる。

図９は、本発明の一実施形態による記録密度向上方法を説明する記録電流グラフである。低周波で情報を記録する時には、記録電流を目標電流、例えば３０ｍＡで磁気ヘッド１１０に印加する。この時、磁気ヘッド１１０に実際に印加された記録電流が臨界値、例えば、高周波で印加される電流値（２０ｍＡ）に到達すれば、前記磁気ヘッド１１０に印加される電流を前記臨界値に制限する。そのためにはクランピング回路１２７を使用できる。これにより、低周波で情報を記録時にＷＴＷが、高周波で情報を記録時より大きくなることを防止できる。前記臨界値は、オーバーシュートされた電流を磁気ヘッド１１０に印加時、高周波数で記録時に実際に印加された電流値に定めることができる。このような目標電流及び臨界値は、各ＨＤＤのヘッド及び記録媒体特性テストで得ることができる。

一方、高周波で情報を記録する時は、記録電流が目標電流、例えば、−３０ｍＡに絶対値が増加する途中で、次の情報記録のために電流の方向が変わって、結局、情報記録時の記録電流値は目標電流より低い絶対値、例えば、−２０ｍＡになり、これにより、磁気ヘッド１１０から出る磁場も低周波記録時と類似になる。したがって、本発明によれば、高周波記録時や低周波記録時の記録電流値が同じくなり、これにより記録が反復するにつれて、記録されたビットの形態は低周波記録時と高周波記録時とのＷＴＷ幅がほぼ同じくなり、したがって、ディスクのＴＰＩを増加させることができる。
本発明の記録密度向上方法で、このように低周波記録時に最初に記録電流を高く設定することは、前述したようにオーバーシュート電流値を印加するためのことであり、途中でクランピング回路で電流値をカットオフすることは、ＷＴＷを縮小させて記録密度を向上させるためのことである。

図１０は、本発明の他の実施形態による記録密度向上方法を説明する記録電流グラフであり、図１１は、本発明の他の実施形態による記録密度向上方法のフローチャートである。
まず、記録信号に相応する記録電流をＨＤＤの磁気ヘッド１１０に印加する（Ｓ３０１）。記録電流は３０ｍＡでありうる。
制御部１３０は、記録周波数の大きさを判断する（Ｓ３０２）。次いで、前記記録周波数の大きさによる臨界値のルックアップテーブルを照会して該当する臨界値を定める（Ｓ３０３）。ここで記録周波数は、“１１”データを高記録周波数とし、“０”のデータが連続的に３つまたは４つ以上である場合を低記録周波数とし、“０”のデータが１つまたは２つである時は中間記録周波数とすることができる。このように周波数の大きさを判断することは、中間周波数で記録時に“０”データの数によって記録周波数の大きさが変わり、これは、図５を参照すれば、同じ記録電流を印加する時にもＷＴＷが変わることを意味する。したがって、記録周波数に関係なくＷＴＷの幅を同一にするためには、記録周波数の増加時に記録ヘッドに印加される実際記録電流値、すなわち、前記臨界値を増加させねばならない。
表１は、ルックアップテーブルの一例を示すものである。

前記ルックアップテーブルは、該当ＨＤＤの磁気ヘッド及び記録媒体の特性によって個別的に設定されたものであり、これは、各ＨＤＤのテストステップで行われる。
第３０２ステップで、高記録周波数と判断される場合（表１で連続した“０”数がなく、したがって、データ“１１”の記録時）、前記臨界値に制限しなくても電流信号が変わるステップで記録電流が制限されるので、第３０３ステップを省略してもよい。このようなバイパスステップは、マルチプレクサ１２８に第１入力信号Ｉｎ_１と第２入力信号Ｉｎ_２とを与え、制御部１３０の制御信号として、プリアンプからバイパスされてマルチプレクサ１２８に入力された第１入力信号Ｉｎ_１を選択することによって行われうる。
図１０を参照すれば、高記録周波数の場合、記録電流の絶対値が２０ｍＡであり、連続した“０”数が３である場合は臨界値が１９．１ｍＡであり、連続した“０”数が２である場合、臨界値が−１９．３ｍＡである。

次いで、磁気ヘッド１１０に実際に印加された記録電流がＳ３０３ステップで設定した臨界値に到達すれば、クランピング回路１２７から磁気ヘッド１１０に印加する電流値を前記臨界値に制限する（Ｓ３０４）。
したがって、低周波で情報を記録する時と高周波で情報を記録する時、実際に磁気ヘッド１１０に印加される記録電流の大きさは変わるが、ＷＴＷが同一になり、したがって、ディスクのＴＰＩを増加させることができる。前記ルックアップテーブルは各ＨＤＤのヘッド及び記録媒体特性テストから得ることができる。

本発明は、ＨＤＤ関連の技術分野に好適に用いられる。

本発明が適用されるＨＤＤの一例を示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態による電子回路の一部構成を示すブロック図である。 記録電流とＦｌｕｘの経時的な大きさを示すグラフである。 記録密度による記録ビットの形状を示すＭＦＭ写真である。 記録周波数によるＷＴＷの変化を示すグラフである。 従来の方法により記録する時の記録電流グラフである。 従来の方法により記録する時のＷＴＷを概略的に示す図面である。 同じ周波数記録（１００Ｍｂｐｓ）での記録電流によるＷＴＷを示すグラフである。 本発明の一実施形態による記録密度向上方法を説明する記録電流グラフである。 本発明の他の実施形態による記録密度向上方法を説明する記録電流グラフである。 本発明の他の実施形態による記録密度向上方法のフローチャートである。

符号の説明

１１０ 磁気ヘッド
１２０ 電子回路
１２５ 再生／記録チャンネル回路
１２６ プリアンプ
１２７ クランピング回路
１２８ マルチプレクサ
１３０ 制御部

Claims (9)

1. 記録信号に相応する記録電流をハードディスクドライブの磁気ヘッドに印加する第１ステップと、
   前記記録信号の周波数を検出し、該検出された記録信号の周波数に従って臨界値を設定する第２ステップと、
   前記記録電流が前記臨界値に到達すれば、前記磁気ヘッドに印加する電流を前記臨界値に制限する第３ステップと、を含み、
   前記記録信号の周波数が高周波数であると判定されたとき、前記臨界値は、前記高周波数での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加された最大記録電流に該当し、前記記録信号の周波数が前記高周波数よりも低い低周波数であると判定されたときの前記臨界値は少なくとも前記高周波数での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加された最大記録電流以下であることを特徴とするハードディスクドライブの記録密度向上方法。
2. 前記第３ステップは、前記磁気ヘッドとプリアンプとの間に配置されたクランピング回路によって行われ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記録密度向上方法。
3. 記録信号に相応する記録電流をハードディスクドライブの磁気ヘッドに印加する第１ステップと、
   記録周波数の大きさを判断する第２ステップと、
   前記記録周波数による臨界値で構成されたルックアップテーブルを照会して臨界値を定める第３ステップとを含み、前記記録信号の周波数が高周波数よりも低い低周波数であると判定されたときの前記臨界値は少なくとも前記高周波数での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加された最大記録電流以下であり、さらに、
   前記記録電流が前記臨界値になれば、前記磁気ヘッドに印加する電流値を前記臨界値に制限する第４ステップを含むことを特徴とするハードディスクドライブの記録密度向上方法。
4. 前記ルックアップテーブルは、該当ハードディスクドライブの磁気ヘッド及び記録媒体の特性によって個別的に設定されることを特徴とする請求項３に記載のハードディスクドライブの記録密度向上方法。
5. 前記臨界値は、前記記録周波数の増加に従って増加することを特徴とする請求項３に記載のハードディスクドライブの記録密度向上方法。
6. 前記第４ステップは、前記磁気ヘッドとプリアンプとの間に配置されたクランピング回路によって行われることを特徴とする請求項３に記載のハードディスクドライブの記録密度向上方法。
7. 前記第２ステップは、データ“０”の連続した数を把握するステップであることを特徴とする請求項３に記載のハードディスクドライブの記録密度向上方法。
8. 記録信号に相応する記録電流をハードディスクドライブの磁気ヘッドのコイルに印加するプリアンプと、
   前記記録電流が所定の臨界値に到達すれば、前記記録電流を前記臨界値に制限するクランピング回路と、
   前記記録信号の記録周波数の大きさを判定し、該判定された記録周波数の大きさに従って前記クランプ回路に前記臨界値を設定するコントローラと、を備え、前記記録信号の周波数が高周波数であると判定されるとき、前記臨界値は、前記高周波数での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加された最大記録電流に該当し、前記記録信号の周波数が前記高周波数よりも低い低周波数であると判定されたときの前記臨界値は少なくとも前記高周波数での記録時に前記磁気ヘッドに実際に印加された最大記録電流以下であることを特徴とするハードディスクドライブの制御装置。
9. 前記プリアンプからの第１入力信号と、前記クランピング回路からの第２入力信号とのうち一つの信号を出力するマルチプレクサをさらに備え、
   前記マルチプレクサは、臨界周波数より高い記録周波数において前記第１入力信号を選択し、他の周波数において前記第２入力信号を選択して、その選択された信号を前記磁気ヘッドに出力することを特徴とする請求項８に記載のハードディスクドライブの制御装置。