JP5716268B2 - ハードディスク装置およびその駆動方法 - Google Patents
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Description
ヘッド・ディスク・アセンブリ2は、これの機構部品とボイスコイル・モータ26等が一体になって構成されている。
記録ヘッド23と再生ヘッド24は、磁気ディスク21上を半径方向に移動するために、キャリッジの先端に取り付けられており、そのキャリッジはボイスコイル・モータ26によって駆動される。
また、記録ヘッド23を駆動するライト・アンプ25W、再生ヘッド24からの信号を増幅するリード・アンプ25Rは、通常リード/ライト・アンプ25として一つのICで形成されている。
近年の高転送レート化に対応するため、記録ヘッド23・再生ヘッド24への配線長を短くするため、リード/ライト・アンプ25もキャリッジ上に搭載されるようになっている。
また、信号処理回路3は、SDRAM38、および記録クロック部39を有する。
ホストから送られたユーザー・データは、ECCコードの付加・符号化・スクランブルなどの処理を行い、変調回路31において記録クロックに同期した記録データが生成され、ライト・アンプ25Wに送られる。
ライト・アンプ25Wが記録データに従ってシステムコントローラ5から指示される記録電流で磁界ヘッドを駆動することにより、変調磁界が生成される。
近年の高密度記録においては、近接して生成された磁区の影響により磁化反転位置がずれてしまう現象が見られており、記録補償回路32によりそのずれをあらかじめ補償する技術が用いられている。
リード・アンプ25Rから送られてくる再生信号は、リード・チャネル回路33において、波形等化・ビタビ復号・復調などいわゆるPRMLに基づく信号処理が行われる。
さらに、スクランブルの解除・復号・エラー訂正などの処理を経て、ユーザー・データが生成される。
サーボ信号処理部51には再生信号から検出したサーボ・データが送られ、ボイスコイル・モータ26やスピンドル・モータ22などを制御する。
ここで、ゾーン・ビット・レコーディングについて説明する。
ハードディスク装置1では、磁気ディスク21は一定の回転数で回転している。
外周ほど線速度(ヘッド・媒体の相対速度)は高くなるため、一定のチャネル・クロック周波数で記録していると、外周ほど線密度が低くなってしまう。
そこで、図2(A)に示すように、1枚のディスクをチャネル・クロック周波数の異なる複数のゾーンに分けている。
図2(B)のように、外周側のゾーンにいくほどチャネル・クロック周波数を高くすることにより、線密度の低下を回避し、1枚のディスクに格納できる情報量を増やしている。
一つのゾーンのなかでは、チャネル・クロック周波数は一定であるが、半径によって線速度・線密度は徐々に変化していく。
次に、熱アシスト磁気記録について説明する。
記録密度の向上にともない熱揺らぎによるデータ消失のリスクが高まっており、その対策として熱アシスト磁気記録が提案されている(たとえば特許文献1参照)。
熱アシスト磁気記録は、保持力の高い媒体を用いることで熱揺らぎの問題を回避するものである。
この高保持力媒体は、一般的な記録ヘッドでは記録できない。
微小な光スポット照射して媒体温度を上げることにより保持力を低下させることができ、従来同様の記録ヘッドで記録することができる。
微小な光スポットを作る光源としては、小型で出射光の波長・位相がそろった半導体レーザが適している。
従来の記録方式では、記録密度を上げるために記録ヘッドを小さくすると、発生できる磁界が小さくなってしまい記録に必要な磁界が得られない、という問題があった。
この方式では、微小な光スポットを形成することにより、光スポット相当の記録ヘッドよりも小さい磁区を形成することができ、線方向・トラック方向の両方について記録密度を上げることができる。
図4(A)に示す記録磁界は、通常の磁気記録と同様に記録データに応じた交番磁界である。
一方、図4(B)に示す光スポットは、チャネル・クロック周期で間欠的に照射させる。
この光スポットにより媒体温度が上昇し保持力が下がった領域について、記録磁界に従った磁区が形成される。
光スポットの波形は、媒体の温度分布、ひいては、形成される磁区の形状を決めることになる。
したがって、高密度記録を実現するためには、記録磁界に対する光波形の位相をはじめ、そのパルス幅・光パワーを適切に制御する必要がある。
その結果、外周ほど線速度は速くなり、チャネル・クロック周波数は高くなる。
したがって、線速度やチャネル・クロック周波数に応じて、光スポットの記録磁界に対する位相・パルス幅・光パワーを変化させる仕組みが必要である。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.ハードディスク装置の全体構成例
2.半導体レーザの駆動系の具体的な構成および動作
3.線速度変化に対する制御
図5は、本発明の実施形態に係る熱アシスト・ハードディスク装置の構成例を示す図である。
さらに、ヘッド・ディスク・アセンブリ110は、熱アシスト磁気記録のための半導体レーザ116とレーザ駆動回路117とを備え、ボイスコイル・モータ118等を含んで構成されている。
レーザ駆動回路117は、信号処理回路120による発光タイミング信号SLTに応じたタイミング、および、システムコントローラ140によるレーザパワー制御信号SLPCに応じたパワーで半導体レーザ116を駆動する。
この半導体レーザ116の駆動系については、信号処理回路120を含めて後で詳述する。
また、記録ヘッド113を駆動するライト・アンプ115W、再生ヘッド114からの信号を増幅するリード・アンプ115Rは、通常リード/ライト・アンプ115として一つのICで形成されている。
近年の高転送レート化に対応するため、記録ヘッド113・再生ヘッド114への配線長を短くするため、リード/ライト・アンプ115もキャリッジ上に搭載されるようになっている。
また、信号処理回路120は、SDRAM128、および記録クロック部129を有する。
さらに、信号処理回路120は、可変遅延回路1201およびパルス生成回路1202を有する。
可変遅延回路1201は、記録クロックから記録ヘッドおよび半導体レーザ116への遅延差を吸収して記録磁界に対する発光タイミングを調整するとともに、線速度やチャネル・クロック周波数に応じて、レーザの発光タイミングを適応的に変化させる。
パルス生成回路1202は、記録クロックに同期した調整可能な幅をもつパルス列を生成してレーザ駆動回路117に出力する。
パルス生成回路1202は、媒体や半導体レーザ116・記録ヘッド113などの特性に応じてパルス幅を設定するとともに、線速度やチャネル・クロック周波数に応じて、発光パルス幅を適応的に変化させる。
この構成によれば、光スポットの記録磁界に対する位相やパルス幅および光パワーについて、媒体や半導体レーザ・記録ヘッドなどの特性に応じて、適切に設定するだけでなく、線速度やチャネル・クロック周波数に応じて適応的に変化させることができる。
これにより、本実施形態に係るハードディスク装置100は、ディスク全面にわたって密度の高い記録を実現することが可能となっている。
ホストから送られたユーザー・データは、ECCコードの付加・符号化・スクランブルなどの処理を行い、変調回路121において記録クロックに同期した記録データが生成され、ライト・アンプ115Wに送られる。
ライト・アンプ115Wが記録データに従ってシステムコントローラ140から指示される記録電流で磁界ヘッドを駆動することにより、変調磁界が生成される。
近年の高密度記録においては、近接して生成された磁区の影響により磁化反転位置がずれてしまう現象が見られており、記録補償回路122によりそのずれをあらかじめ補償する技術が用いられている。
リード・アンプ115Rから送られてくる再生信号は、リード・チャネル回路123において、波形等化・ビタビ復号・復調などいわゆるPRMLに基づく信号処理が行われる。
さらに、スクランブルの解除・復号・エラー訂正などの処理を経て、ユーザー・データが生成される。
サーボ信号処理部141には再生信号から検出したサーボ・データが送られ、ボイスコイル・モータ118やスピンドル・モータ112などを制御する。
サーボ信号処理部141は、信号処理回路120の可変遅延回路1201に対して調整すべき遅延量DLY情報を与える。
サーボ信号処理部141は、信号処理回路120のパルス生成回路1202に対して調整すべきパルス幅PWD情報を与える。
サーボ信号処理部141は、ヘッド・ディスク・アセンブリ110に対してレーザパワー信号SLPSを与える。
この回路の動作を、図6(A)〜(D)の発光タイミング信号の生成例と合わせて説明する。
図6(A)は記録クロックWCLKを、図6(B)は記録データWDTを、図6(C)は可変遅延回路1201の出力信号S1201を、図6(D)は発光タイミング信号SLTを、それぞれ示している。
記録ヘッド113はこの記録データWDTに従って駆動され、図4(A)のような記録磁界を生成する。
ここでは、記録補償回路122により磁化反転位置のずれを補償する作用については省略している。
また、システムコントローラ140のサーボ信号処理部141では、サーボ・データに含まれるアドレス情報から、その場所におけるチャネル・クロック周波数・線速度を決めることができる。
サーボ信号処理部141は、その情報を元に、スピンドル・モータの回転数や記録クロック周波数を制御するだけでなく、下記制御に必要なレーザパワー制御信号SLPC、パルス幅制御信号PWDC、遅延量制御信号DLYCを生成する。
一方、図6(A)に示す記録クロックWCLKはレーザ駆動回路117に向けて、可変遅延回路1201に供給される。
ここで、可変遅延回路1201の構成の一例について説明する。
図7は、本実施形態に係る可変遅延回路の構成の一例を示す図である。
そして、セレクタSLCが、サーボ信号処理部141により供給された遅延量制御信号DLYCの情報に応じて、いずれかのスイッチSWをONにする。
これにより、入力信号である記録クロックWCLKは、遅延量制御信号DLYCに応じた時間遅れてから遅延出力信号S1201が出力される。
パルス生成回路1202は、生成したパルス信号を発光タイミング信号SLTとしてレーザ駆動回路117に出力する。
ここで、パルス生成回路1202の構成の一例について説明する。
図8は、本実施形態に係るパルス生成回路の構成の一例を示す図である。
このパルス生成回路1202は、入力クロックを1/2分周器DVDで1/2分周した後、その分周信号と、たとえば図7のような遅延回路により遅らせた信号とのEX−OR(排他的論理輪)をとる。
これにより、パルス生成回路1202は、ゼロからチャネル・クロック周期未満の幅をもつ、入力クロックに同期したパルス信号を生成できる。
この構成により、図6(D)のように、遅延した記録クロックに同期し、パルス幅制御信号PWDCで指示された幅をもつパルス列を生成できる。
これが発光タイミング信号SLTとして、レーザ駆動回路に送られる。
ここで、レーザ駆動回路117の構成の一例について説明する。
図9は、本実施形態に係るレーザ駆動回路の構成の一例を示す図である。
このレーザ駆動回路117は、トランジスタQ1およびQ2により形成されるカレント・ミラー回路により、レーザパワー制御信号SLPCに応じた定電流がトランジスタQ2に生成される。
そして、トランジスタQ3およびQ4により形成される差動スイッチングは、発光タイミング信号SLT(+)/SLT(−)に応じて交互にON、OFFされる。
トランジスタQ4がONとなる期間だけ、トランジスタQ2で生成された定電流が半導体レーザ116を駆動する。
その結果、図4(B)に示すような光波形が生成される。
これらの制御信号は、システムコントローラ140のサーボ信号処理部141において、サーボ・データに含まれるアドレス情報から、線速度・チャネル・クロック周波数に基づいて生成される。
以上の構成により、線速度・チャネル・クロック周波数に応じた最適な位相・パルス幅・光パワーで半導体レーザを発光させることができる。
以下、具体的な制御例として、まず線速度変化に対する制御について述べる。
さらに、光スポットにより媒体に与えられた熱は、媒体の面方向にも拡散する。
その結果、図10(A)に示すように、媒体上の温度分布は、光スポットが照射された範囲よりも広がったものとなる。
ここで、Toは、媒体の温度上昇により保持力が低下し、記録磁界を下回る温度を示している。温度分布のうち、Toを上回る領域は、記録磁界に応じた磁区が形成される。
図10(B)は、同図(A)と同じ波形で光スポットを照射した場合を示している。
図10(B)では、最大温度がToを超えることがないため、媒体の保持力が記録磁界を下回ることがなくなり、記録磁界に応じた磁区は形成されない。
光パワーを上げたことにより、媒体上の温度分布の最高温度が高くなり、Toを超える領域を形成することができる。
しかしながら、温度分布は広がったままなので、Toを超える領域も広くなってしまい、図10(A)の例を適正な磁区サイズとすると、それよりも過大な磁区が形成されてしまうことになる。
この状態では、順次記録されていく磁区の遷移点がずれてデータエラーの原因となりうる。また、Toを超える領域がトラック方向にも広くなることから、隣接トラックの記録済み磁区までも変化させてしまう可能性が高くなる。
光スポットの(時間的な)パルス幅を狭くすることにより、媒体上の光スポットが照射される範囲も狭くなることから、媒体上の温度分布も狭くできる。
Toを超える領域も狭くできることから、線速度が速い場合においても、図10(A)と同様に適正なサイズの磁区を形成することができる。
図12(A)は、図10(A)に相当するものとして、ある線速度における記録磁界と光スポットの波形を描いたものである。
一般に、記録磁界が飽和して平坦になったところで光スポットを照射することにより、良好な記録特性が得られるものと考えられる。
このように、光スポットを制御することにより、線速度が異なる場合でも良好な記録を行うことができる。
波形の一例を示したものである。
このような記録磁界波形において、記録磁界が飽和して平坦になったところで、光スポットを照射することにより磁区を形成することが好ましい。
そのようなタイミングで光スポットが発光するように、記録磁界に対する位相(遅延量)が調整される。
このような場合には、記録磁界の平坦部分で光スポットを発光させることはできないものの、記録磁界ができるだけ大きくなった瞬間に光スポットを照射することが好ましい。
したがって、図12(A)よりも記録磁界に対する遅延を少なくなるように制御することにより、チャネル・クロック周波数が高い場合においても、記録することができるようになる。
あるチャネル・クロック周波数よりも高くなると、記録磁界が平坦になる部分がなくなってくるのに合わせて、記録磁界に対する光スポットの遅延量を少なくすることにより、チャネル・クロック周波数が高い領域でも記録できるようになる。
以上、線速度に対する制御とチャネル・クロック周波数(記録磁界波形)に対する制御の例を記した。
それぞれの制御をまとめた図11と図14では、チャネル・クロック周波数に対する制御方向が逆となっている。
両者の影響を勘案した制御を行うことで、線速度やチャネル・クロック周波数の変化の下でも、良好な記録特性を得ることができる。
ハードディスク装置100は、記録クロック周期で発光制御されて光スポットを磁気記録媒体に照射して記録ヘッドによる磁気記録の熱アシストを行う半導体レーザ116を有する。
さらに、発光タイミング信号とレーザパワー制御信号に応じたタイミングおよび光パワーで半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路117と、コントローラ140を有する。
コントローラ140は、磁気記録媒体、半導体レーザ、記録ヘッドの少なくともひとつの特性に応じてレーザパワーを設定する。そして、コントローラ140は、線速度およびチャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じてレーザパワーを適応的に変化させるようにレーザパワー制御信号をレーザ駆動回路に出力する。
Claims (8)
- 一定の回転数で回転され、半径方向に、データを記録するためのチャネル・クロック周波数が異なる複数のゾーンに分割され、一つのゾーンの中では上記チャネル・クロック周波数は一定とされ、半径によって線密度が徐々に変化するディスク状磁気記録媒体と、
上記磁気記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと、
記録クロック周期で発光制御されて光スポットを上記磁気記録媒体に照射して上記記録ヘッドによる磁気記録の熱アシストを行う半導体レーザと、
発光タイミング信号に応じたタイミングおよびレーザパワー制御信号に応じた光パワーで半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路と、
上記磁気記録媒体、上記半導体レーザ、上記記録ヘッドの少なくともひとつの特性に応じてレーザパワーを設定し、線速度および上記チャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じてレーザパワーを変化させるように上記レーザパワー制御信号を上記レーザ駆動回路に出力するコントローラと、
記録クロックを遅延量制御信号に応じた遅延量をもって遅延させ、この遅延させた記録クロックを出力する可変遅延回路と、
上記可変遅延回路で遅延された上記記録クロックに同期したパルス列を生成して発光タイミング信号として上記レーザ駆動回路に出力し、当該パルス幅をパルス幅制御信号に応じて変化させることが可能なパルス生成回路と、を含み、
上記パルス生成回路は、
発光タイミング信号のパルス幅が上記記録クロック周期未満の幅を持つようにパルス幅制御信号に応じてパルス幅を変化させ、
上記コントローラは、
線速度変化に対する制御において、線速度の上昇に対して、光パワーを高くし、記録磁界に対する遅延量を大きくし、かつパルス幅を狭くするように、上記レーザパワー制御信号、上記遅延量制御信号、および上記パルス幅制御信号を生成し、
上記記録クロックから上記記録ヘッドおよび上記半導体レーザへの遅延差を吸収して記録磁界に対する発光タイミングを調整し、線速度および上記チャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じて、上記半導体レーザの発光タイミングを変化させ、
上記磁気記録媒体、上記半導体レーザ、上記記録ヘッドの少なくともひとつの特性に応じて遅延量およびパルス幅を設定し、線速度および上記チャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じて、上記遅延量を変化させるように上記遅延量制御信号を上記可変遅延回路に出力し、発光パルス幅を変化させるように上記遅延量制御信号および上記パルス幅制御信号を上記パルス生成回路に出力し、
上記レーザ駆動回路は、
パルス幅が調整された発光タイミング信号に応じたタイミングで、上記レーザパワー制御信号で指示されるレーザ駆動パワーで上記半導体レーザを駆動する
ハードディスク装置。 - 上記コントローラは、
レーザ駆動パワーを制御する上記レーザパワー制御信号、発光タイミング信号のパルス幅を制御する上記パルス幅制御信号、記録クロックの遅延量を制御する上記遅延量制御信号は、サーボ・データに含まれるアドレス情報から、線速度および上記チャネル・クロック周波数に基づいて生成する
請求項1記載のハードディスク装置。 - 上記コントローラは、
記録磁界が飽和するタイミングで光スポットを発光するように上記遅延量を制御する
請求項1または2記載のハードディスク装置。 - 上記コントローラは、
記録磁界が飽和しない上記チャネル・クロック周波数である場合、記録磁界に対する遅延が少なくなるように上記遅延量を制御する
請求項1から3のいずれか一に記載のハードディスク装置。 - 一定の回転数で回転され、半径方向に、データを記録するためのチャネル・クロック周波数が異なる複数のゾーンに分割され、一つのゾーンの中では上記チャネル・クロック周波数は一定とされ、半径によって線密度が徐々に変化するディスク状磁気記録媒体と、
上記磁気記録媒体に情報を記録する記録ヘッドと、
記録クロック周期で発光制御されて光スポットを上記磁気記録媒体に照射して上記記録ヘッドによる磁気記録の熱アシストを行う半導体レーザと、
発光タイミング信号に応じたタイミングおよびレーザパワー制御信号に応じた光パワーで半導体レーザを駆動するレーザ駆動回路と、を有し、上記磁気記録媒体、上記半導体レーザ、上記記録ヘッドの少なくともひとつの特性に応じてレーザパワーを設定し、線速度および上記チャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じてレーザパワーを変化させてハードディスク装置の半導体レーザを駆動するに際し、
記録クロックを遅延量制御信号に応じた遅延量をもって遅延させ、
上記遅延された上記記録クロックに同期したパルス列を生成して発光タイミング信号として上記レーザ駆動回路に出力するとともに、上記発光タイミング信号のパルス幅が上記記録クロック周期未満の幅を持つようにパルス幅制御信号に応じてパルス幅を変化させ、さらに、
上記記録クロックから上記記録ヘッドおよび上記半導体レーザへの遅延差を吸収して記録磁界に対する発光タイミングを調整し、線速度および上記チャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じて、上記半導体レーザの発光タイミングを変化させ、
上記磁気記録媒体、上記半導体レーザ、上記記録ヘッドの少なくともひとつの特性に応じて遅延量およびパルス幅を設定し、線速度および上記チャネル・クロック周波数の少なくとも一方に応じて、上記遅延量を変化させるように上記遅延量制御信号を生成し、かつ、発光パルス幅を変化させるように上記遅延量制御信号および上記パルス幅制御信号を生成し、かつ、線速度変化に対する制御において、線速度の上昇に対して、光パワーを高くし、記録磁界に対する遅延量を大きくし、かつパルス幅を狭くするように、上記レーザパワー制御信号、上記遅延量制御信号、および上記パルス幅制御信号を生成し、
上記レーザ駆動回路において、
パルス幅が調整された発光タイミング信号に応じたタイミングで、上記レーザパワー制御信号で指示されるレーザ駆動パワーで上記半導体レーザを駆動する
ハードディスク装置の駆動方法。 - レーザ駆動パワーを制御する上記レーザパワー制御信号、発光タイミング信号のパルス幅を制御する上記パルス幅制御信号、記録クロックの遅延量を制御する上記遅延量制御信号は、サーボ・データに含まれるアドレス情報から、線速度および上記チャネル・クロック周波数に基づいて生成する
請求項5記載のハードディスク装置の駆動方法。 - 記録磁界が飽和するタイミングで光スポットを発光するように上記遅延量を制御する
請求項5または6記載のハードディスク装置の駆動方法。 - 記録磁界が飽和しない上記チャネル・クロック周波数である場合、記録磁界に対する遅延が少なくなるように上記遅延量を制御する
請求項5から7のいずれか一に記載のハードディスク装置の駆動方法。
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