JPH09198814A - ディスクドライブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】サーボ機能に関連するオーバーヘッドを極小に
する手法を具現する新しい埋め込みサーボシステムを提
供する。 【解決手段】サーボ位相ロックループ（21b）がディス
クの円周の周りに間を隔てて設けられた埋め込みサーボ
フィールド（7s）からの再生信号と同期しているディス
クドライブ（7）で、このＰＬＬは従来技術で行なわれ
ている各埋め込みサーボフィールドの開始時に再同期さ
せるのではなく、各埋め込みサーボフィールド（7s）の
開始時に再生信号と既に正しく整列している。このＰＬ
Ｌにより発生される位相整列クロックを利用できること
により埋め込みフィールド（7s）の大きさの減少が可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は一般に埋め込みサーボディスク
ドライブに関し、更に詳細には、位相ロックループがデ
ィスクの所与のトラックに埋め込まれたサーボフィール
ドに位相ロックされ、それへの同期が維持されるディス
クドライフに関する。

【０００２】

【発明の背景】ディスクドライブはデータを回転媒体の
同心トラックに格納することができる装置である。ウィ
ンチェスタ・ディスクではデータは磁気パターンとして
格納される。光ディスクではデータは反射率パターンと
して格納される。この特許で開示する発明はどの一形式
のディスクドライブにも特有のものではなく、回転媒体
上のパターンの一部を変換器（ここでは「ヘッド」とい
う）と情報保持トラックとのアラインメントを判断する
のに使用する位置基準を構成するのに使用する装置に応
用されるものである。従って、この開示は本発明を説明
するのにウィンチェスタ・デイスクの用語を採用してい
るが、本発明はフロッピーディスク、ベルヌーイ・ディ
スク、光ディスクなどにも適用できる。

【０００３】同心トラック同士を互いにもっと近付ける
ことができれば、ディスクドライブのデータ容量を増す
ことができる。これには変換ヘッドを非常に精密に位置
決めする必要がある。高性能ディスクドライブはヘッド
の位置を制御するのに閉ループ位置フィードバックシス
テムを採用している。サーボコードトラックの中心に対
する活動中の変換器の位置のこのサーボ機能に必要とさ
れるフィードバック信号。このような信号をディスクの
サーボコード域に遭遇した際にヘッドの再生信号から復
調（抽出）することができる。明らかにこれらサーボコ
ード域はユーザのデータを保持している他の区域と共存
しなければならない。サーボ域をデータ域と共存できる
ようにする最も広く普及している二つの手法は「埋め込
み」サーボコード（「セクタサーボ」または「サンプル
化サーボ」とも呼ばれる）及び「専用」サーボコードフ
ォーマットである。

【０００４】専用サーボの実装は、共通スピンドル上を
回転するディスクスタックに多数のディスクを備えてい
る製品にしばしば選択されている。このディスクスタッ
クでのディスクの一方の表面全体がサーボコードの記録
に完全に与えられる、すなわち、専用とされる。この構
成で連続位置信号を発生する。検知される位置は専用デ
ィスク上のそのトラックに関するサーボヘッドの位置で
あり、或る他のディスク上のそのトラックに関する現在
活動しているデータヘッドの位置ではない。普通機械的
誤差が存在する。この機械的誤差はトラック密度（半径
方向の単位変位当たりのトラック数）が増大するにつれ
てディスクドライブの各新しい世代で一層重要になる。

【０００５】本発明は専用サーボ構造には関係していな
い。しかし、ほとんどの専用サーボ復調器は位相ロック
ループを採用していることに注目すべきである。サーボ
ヘッドは常に専用サーボ面からサーボ特有信号を受けて
いるから、この専用サーボ位相ロックループはそのサー
ボ信号を絶えず受け、従って決して「慣性で滑っていく
（以下、コーストと言う）」必要はない。これにより専
用サーボ系がここに開示する埋め込みサーボ位相ロック
ループから区別される。

【０００６】従来技術で埋め込みサーボ復調器にＰＬＬ
を使用するものはある。しかし、これらＰＬＬは一つの
サーボフィールドから次のサーボフィールドへ再生信号
との同期を維持するものではない。その代わりに、各サ
ーボフィールドはサーボフィールドの残りの復調に進む
前にＰＬＬがそれ自身を再生信号に同期させる一定周波
数のロックアップ域で始まる。埋め込みサーボフォーマ
ットを用いるこの形式の従来技術のＰＬＬの用法は、Se
agateに譲渡された米国特許第5,136,439号及びQuantum
に譲渡された米国特許第4,669,004号に説明されてい
る。

【０００７】埋め込みサーボは時分割多重を使用して同
じ表面でサーボ及びデータの両機能に適応させている。
各トラックをサーボ用またはデータ用に交互に確保され
た区域に分割する。データ域への情報の書込は可能であ
るが、サーボ域は決して再記録されない。それらは製造
時に位置信号の再生を行なうサーボコードパターンを記
録した状態で行なわれる。ヘッドを支持するアクチュエ
ータまたはキャリッジの運動は今度は現在活動している
ヘッドの位置誤差を基準とすることができる。この方法
の一つの短所はこの位置情報は連続して利用できず、ヘ
ッドが各サーボフィールドと交差する際にサンプルでき
るだけだという事実である。しかし、ほとんどの現代の
ディスクドライブの実装は、とにかく、高々離散時間動
作だけを行なうことができるディジタル信号処理チップ
を採用している。従って、サンプルレートが用途につい
て充分であるかぎり、システムは許容し得る動作をする
ことができる。

【０００８】サーボフィールドはユーザのデータを格納
するのに利用できるディスク空間の量を減らすオーバヘ
ッドの一種である。従って、効率は埋め込みサーボシス
テムの基本的な性能係数である。

【０００９】現在使用されているほとんど全ての埋め込
みサーボ方式（及びその事項に対する専用サーボ方式）
はヘッドが予めフォーマットされたサーボフィールドに
遭遇した際にヘッドが発生する再生信号の振幅から位置
信号を復調している。これらサーボフィールドの磁化パ
ターンは信号振幅とオフトラック（半径方向）位置との
間のこの写像を容易にするのに特に設計されている。た
とえば、一つの方法は「Ａ」遷移（または磁束反転）の
一定周波数パターンをデータトラックの中心の正確に左
に記録する「２相」（Ａ相、Ｂ相）サーボコードを採用
している。トラックに沿うＡバーストの直後に遷移の第
２のバースト、Ｂバースト、がある。このＢバーストは
トラックの中心の正確に右に記録されることを除けばＡ
バーストと同じである。従って、再生ヘッドがサーボフ
ィールドを通って飛翔するとヘッドは最初にＡバースト
パターンを次にＢバーストパターンをピックアップす
る。ヘッドが正確にトラック上に位置決めされていれ
ば、２つのバーストは、ヘッドが両パターンの対等な位
置と交差する（重なる）ので、同一振幅を持つ。更に一
般的には、２つのバーストの振幅の差は、トラック中心
に関して、トラックの少なくともほぼ+/-1/2の半径方向
スパンに渡るヘッドの半径方向位置をアナログ的に表現
したものである。

【００１０】図１はこの形式の「２相」サーボフォーマ
ットを採用している典型的な従来技術の埋め込みサーボ
フォーマットである。このサーボフォーマットはKnowle
s等に与えられた米国特許第4,823,212号の主題である。
従来技術の２相、振幅符号化、埋め込みサーボフォーマ
ットのこの特定の実施例では、サーボフィールドの各反
復にＡＧＣフィールド、同期マーク、グレイ符号化絶対
トラック番号、及びサーボフィールドの「Ａ」及び
「Ｂ」の二つの位相が入っている（図１に示した他のフ
ィールドはここでは関係がない）。Ａ及びＢサーボフィ
ールドの目的は最も近いトラック中心からのヘッドの変
位をトラックに対する比率で示す位置誤差信号を構成し
やすくすることである。グレイ符号化トラック番号フィ
ールドの目的はディスク表面全体を横断する絶対変位を
整数トラックで示す粗ＰＥＳ信号を構成することであ
る。粗及び精ＰＥＳ信号を組み合わせてキャリッジの全
行程に渡るダイナミックレンジを有する小数点以下の端
数付きのトラック数分解能を持つ絶対位置信号を作るこ
とができる。

【００１１】同期マークの目的は復調回路がサーボ域を
データ域から区別できるようにすることである。この同
期マークを検出するとサーボ復調回路がすばやく起動
し、ヘッドの位置を表す現在の整数及び小数点以下の端
数のＰＥＳ信号を作るために続くトラック番号及びＡ及
びＢの両フィールドを捕らえる。それ故、この同期マー
クを確実に検出することが重要である。

【００１２】理想的には同期マークはディスク上のどこ
に存在するどんなパターンとも異なる。これはデータ域
がそこに存在することができる最大ギャップ長を制限す
るランレングスリミテッドコードを採用しているから同
期マークが広いギャップを含まなければならないという
ことを一般に意味している（「ギャップ」は誘導ヘッド
にリードバックパルスを発生しない一定磁化を有する区
域と定義されていることに注目されたい）。不都合なこ
とに、各トラックの周縁には、古いデータの不完全な消
去及び隣り合ったトラック同士は（少なくともデータ区
域では）位相を合わせて書き込まれていないという事実
により、予測できない磁化パターンが含まれる。このこ
とは、自分自身がデータ区域で偶発的に検出されないよ
うにするサーボ同期マークとして選択することができる
パターンは全然存在しないということを意味している。
これにより、任意の半径方向位置でヘッドにより同期マ
ークを確実に検出することができるようにするという仕
事が複雑になる。

【００１３】従って同期マークの探索を、それが見つか
るはずの近辺全般に制限するのは従来技術の埋め込みサ
ーボ復調器では標準のやり方である。これは一般的に、
各同期マークがうまく検出されたことに引き続いてカウ
ンタを初期設定することにより実現される。このカウン
タが所定のカウントに達すると次の同期マークの到達が
差し迫っていることを警告する。このカウンタはディス
クと同期していない水晶基準の周波数基準のような源か
らクロックされる。ディスク速度は、典型的には+/-0.5
％以内に調整されているが、幾らかのふらつきを示すこ
とに注意されたい。非同期にクロックされるカウンタ回
路はこのふらつきに気が付かないから、次の同期マーク
の到達について「概ね近辺」式の指示を与えることしか
できない。この概ね近辺の信号が発せられると、他の論
理がリードバック信号を分析し始め、同期マークとして
働く特定の特徴を探す。この同期マークがカウンタのウ
ィンドウの中で検出されれば、グレイ符号化トラック番
号フィールド及びＡ及びＢ形式のサーボフィールドを復
調するため各種ゲート信号が次に発生される。

【００１４】この構造はすべてのウィンドウ（ゲート信
号）の精度を非同期基準周波数の１カウントに制限する
ことに注意されたい。すなわち、同期マークが検出され
てからでさえ、その真の位置は水晶クロックカウンタの
１カウント以内でしかわからない。従ってトラック番号
デコーダ及び精ＰＥＳ復調器に対するウィンドウを水晶
クロックの１カウントより良くリードバック信号に整列
させることはできない。このことはこれらフィールドに
ついて選択されたトラックの磁化密度（インチ当たりの
磁束反転）はしばしばこの非同期クロックカウンタによ
り制約されることを意味している。同期（及び位相が整
列した）クロックをそれらを復調するのに利用すること
ができれば、これら区域を単に更に高い密度で書き込む
ことにより縮めることができる。

【００１５】グレイ符号化トラック番号フィールド及び
Ａ及びＢ精サーボフィールドを正しく復調するために
は、普通、再生信号の振幅が一定の限界内にあることが
必要である。これはＡＧＣフィールドで作動される通常
の自動ゲイン制御（ＡＧＣ）回路により達成される。こ
のＡＧＣフィールドは一定周波数パターンを保持してい
る。図１からＡＧＣフィールドは粗ＰＥＳフィールド
（グレイ符号化トラック番号）及び精ＰＥＳフィールド
（Ａ及びＢ形式のフィールド）の和である期間であるこ
とに注意されたい。この大きさはしばしばＡＧＣ回路自
身の動特性によって（すなわち、ＡＧＣ回路が新しい動
作点に遷移してそこに落ち着くのに必要な時間によっ
て）ではなく、同期マークをユーザのデータ域から充分
遠い距離に維持する必要性によって規定される。これは
同期マークがデータ域内に偶然に検出されることが決し
てないことを保証するのに必要である。非同期カウンタ
が次の同期マークの「概ね近辺」を示す時刻までには、
ヘッドは安全に同期マークとして誤って解釈されること
がないこの大きいＡＧＣフィールド内にある。これは、
データ域と異なり、ＡＧＣフィールドはすべてのトラッ
クに渡って位相をそろえて書き込まれるためである。す
なわち、隣接トラックからの隣接遷移は製造時採用され
るサーボ書込プロセスの故意の結果として互いに整列し
たままになっている。データ域内の隣接遷移は、隣接ト
ラック間の相対的タイミングがランダムであるため、何
らかの形式の位相のそろったパターンを維持することを
当てにすることはできない。

【００１６】通常の埋め込みサーボの従来技術を要約す
れば下記のようになる。次の同期マークの差し迫った到
達を警告するための及びサーボフィールドの構成要素を
分離する各種ウィンドウを発生するための非同期クロッ
ク源を使用すれば、不必要に大きいサーボフィールドが
もたらされる。トラックのインチ当たりの記録密度はサ
ポートすべきヘッドに必要なよりも少なく、ＡＧＣフィ
ールドはＡＧＣ回路に必要なよりも長い。更に望ましい
構造は、更に少ない量のディスク面積から精及び粗のＰ
ＥＳ信号を何とか再生する。更に、従来技術の埋め込み
サーボ装置では隣接トラックからのクロストーク信号は
データ域内のオントラック信号に対する任意の相対位相
を呈することがあり得る。

【００１７】

【発明の概要】本発明はサーボ機能に関連するオーバヘ
ッドを極小にする手法を具現する新しい埋め込みサーボ
システムを開示する。オーバヘッドを極小にすることに
より、記憶装置の有効容量を極小にすることができる。
これはサーボ域の大きさを減らし、従って、データ域の
大きさを大きくすることができる新規なサンプル化ＰＬ
Ｌを採用する新しいサーボ復調アーキテクチャ及び実装
により達成される。

【００１８】埋め込みサーボフォーマットのオーバヘッ
ドを減らす、すなわち、サーボ信号を得るフィールドの
区域を減らすことが本発明の目的である。すべてのデー
タ区域を通してコーストしていき、しかもサーボ域との
正しい同期を保持する位相ロックループを使ってこれら
サーボ域の大きさ、すなわち、長さを減らすことができ
ることは明らかである。

【００１９】本発明の更に他の目的は、見かけのスピン
ドル速さを乱し、ヘッドがトラックから半径方向に外れ
るようにすることがある回転攪乱を検知する能力を提供
することである。この検知能力は、時間の大部分をコー
ストすることに費やし、しかも回転ディスクのセクタと
同期したままであるサーボ位相ロックループの存在によ
り容易になる。

【００２０】ディスクドライブの読出しチャネルにある
ヘッドからの再生信号には、他のタイプの通信チャネル
とは重要な相違がある。すなわち受信信号は実際に１デ
ィスク回転の周期で周期的である（ヘッドによる書込み
や半径方向運動は介在しないと仮定して）。これは、磁
束パターンが回転媒体に書き込まれる（ロックインされ
る）という事実によってもたらされる。今度はこの再生
信号の完全な周期性を妨害する可能性がある各種のメカ
ニズムを考察しよう。

【００２１】このようなメカニズムの最初のものはスピ
ンドル速さの摂動である。ドライブのハウジングが静止
したままであるかぎり、スピンドル速度は、電子スピン
ドル速度コントローラにより、また回転慣性、すなわち
回転質量（ディスクスタック）の慣性の物理的作用によ
り制約されているので、良く安定化されている。ハウジ
ングがハウジングの回転を生ずる衝撃または振動を受け
ると、ヘッドからの再生信号のタイミングが加えられた
衝撃または振動のものと同様の動力学で摂動する。幸い
これら外乱は、一般にスピンドルの一回りの周波数の近
くの、低い周波数で発生する。

【００２２】再生信号のタイミングを乱す可能性のある
第２のメカニズムは、ヘッドによるドライブハウジング
に対する円周（トラックに沿った）運動である。サーボ
システムはアクチュタアームを半径（トラックを横切
る）方向に静止して保持している。円周運動の主な源は
ヘッドの支持装置の機械的フラッタである。このフラッ
タは支持装置の共振周波数（典型的にはkＨzの範囲にあ
る）にあるが幸いにも低振幅である。これはヘッドがヘ
ッド支持装置の「強い」軸をトラックに沿った方向に置
く工業標準の「インライン」支持装置を組み入れている
とき特に正しい。再生信号は周期的であるが、おそらく
は低周波の摂動を伴っている。ディジタルカウンタが非
同期にクロックされ、埋め込みサーボフィールドが検出
される毎に初期設定せねばならない従来技術のサーボ装
置と異なり、位相ロックループは連続可変周波数を発生
し、これがサーボフィールド間の時間に正確に合ってい
る。従って、このＰＬＬが再生信号のタイミングジッタ
及びふらつきに従うかぎり、次のサーボフィールドの到
達をその電圧制御発振器（ＶＣＯ）のサイクルに対する
小さい比率内で予測することができる。回転ディスクと
の同期を維持するＰＬＬはデータ域とサーボフィールド
との境界を精密に予測する。次のサーボフィールドの到
達を予測する他に、このＰＬＬはサーボフィールド中再
生信号と同期しているクロックをも与える。この同期ク
ロックの特徴は埋め込みサーボフィールドの多数の構成
要素の大きさの減少を容易にする。

【００２３】本発明において、サーボＰＬＬはサーボフ
ィールド間のデータフィールドを通ってコーストしてい
き、各埋め込みサーボフィールドの始めで既に正しく同
期している。従って、各サーボフィールドは従来技術で
のようにＰＬＬロックアップフィールドを備える必要が
ない。ロックアップフィールドは更に多数のオーバヘッ
ドを呈するので、望ましくない。この新しい形式のコー
スド動作ＰＬＬは各トラックのトラック当たり回転当た
り１回だけ存在するロックアップフィールドで最初に同
期している。その同期はディスク回転の残りの期間中埋
め込みサーボフィールドの期間中だけ活動するフィード
バックループにより維持される。わかるように、必要な
タイミングの補正はサーボフィールドの予め存在する構
成要素から得られ、従って、新しい「タイミング基準」
構成要素を追加する必要はない。各個別サーボフィール
ドにはＰＬＬの同期をその一回りの初期設定で維持する
に充分なタイミング基準「材料」があるが、ＰＬＬの同
期を初期設定するには充分でない。

【００２４】本発明の他の目的、特徴及び長所は添付図
面及び特許請求の範囲と関連して読むとき下記詳細説明
から明らかになるであろう。

【００２５】

【本発明の詳細な説明】本発明を図１の形式の２相埋め
込みサーボで実用化することができるが、新しい埋め込
みサーボ・プレフォーマットの好適実施例を図２に示
す。一度だけ設けられる特殊初期設定一定周波数の存在
を各データトラックで運ぶ。対照的に、同期フィールド
7dは各データトラックで多数回李返される。「一回り」
一定周波数フィールド7cを採用してサーボ21bを正しい
周波数にロックする。磁気ヘッド5b2がこのフィールド7
sを去るときまでにＰＬＬはディスクの一回り周波数の
或る正確な倍数で実行している。他のサーボフィールド
7dの間にデータ域7eがある。データ域を走査しているヘ
ッドからの再生信号をおそらく採用してサーボＰＬＬを
ディスクでロックしておくのを補助することができる。
しかし書込動作中サーボＰＬＬはデータ域7eからのこの
ような援助なしにロックしたたままにしておかなければ
ならない。従って、本発明のこの実施例では、すべての
データ域にある再生信号を無視する。代わりに、サーボ
ＰＬＬはすべてのデータ域を通して単にコーストする。
このことはサーボＰＬＬがサーボフィールドの到達割合
に等しいサンプリング速さを持つ個別の時間フィードバ
ックループであることを意味する。このサーボＰＬＬは
各サーボフィールド7dを通過する際に単一急速周波数更
新を受ける。この更新（またはサンプル）は実際のディ
スク速さに（更に正しくは、サーボフィールドにある活
動ヘッド5b2により発生される再生信号に）ＰＬＬを正
しくロックしておくのに充分でなければならない。

【００２６】新しいディスク表面上の新しいヘッド5b2
に切り替える各命令に続いてサーボＰＬＬを正しく同期
させて復調しやすくする前にヘッド5b2により検知され
るべき一回りＰＬＬロックフィールドを待つことが必要
である。しかし、今回はトラックのフォーマットをこれ
ら一回りロックアップフィールドをこのようなヘッドス
イッチに対して最もありそうな点に、すなわち、ヘッド
（n）のデータを空にし、ヘッド（n+1）への切り替えが
通常行なわれる点に設置するように配列することにより
罰則を極小にすることができる。

【００２７】埋め込みサーボフォーマットにより表され
るオーバヘッドを極小にするために、サーボフィールド
の数を極小がヘッド5b2とそのトラックとの間の機械的
相対運動の実際の動力学を捕らえるのに丁度充分である
ようにしておく必要がある。このことはサーボＰＬＬが
回転当たりのサンプルの数を極小にして生き残る（ロッ
クを維持する）必要があることを意味している。回転当
たり或る極小数のサンプルより下ではサーボＰＬＬはデ
ィスクとのロックを失う。この必要数はスピンドル速度
調整器の品質、衝撃及び振動のような外乱の存在、ＶＣ
Ｏの周波数、ヘッド支持装置から生ずるタイミングジッ
タ、サーボ書込の品質、及びＰＬＬ自身に特有のジッタ
及びドリフト、によって決まる。

【００２８】本発明の他の新規な局面は多数の目的に完
全なサーボマーク内の個別フィールドを使用するという
概念である。デューティを「倍化」することにより、サ
ーボフィールドの大きさを更に縮小し、従ってそれが表
すオーバヘッドを減らすことが可能である。サーボ復調
器のＰＬＬの存在がこの形式の空間節約を如何に容易に
するかの第１の例を、図１に見るように、２相振幅符号
化フォーマットを参照して例示する。従来技術の装置は
サーボフィールドの開始を合図し、次サーボフィールド
の到達を予測するタイミングを開始するのに明確な同期
マークを必要とした。ＰＬＬをサーボ復調器に追加する
ことにより、この同期マークを省略することができる。
次のサーボフィールドの開始を今度は単にサーボＰＬＬ
が発生するＶＣＯクロックの整数サイクルを数えること
により見分けることができるので、独特のタイミングマ
ークはもはや不要である。ＰＬＬがなお正しくロックさ
れているか（及び従ってサーボフィールドと正しく整列
しているか）の確認はグレイ符号化トラック番号フィー
ルドまたは精ＰＥＳフィールドに拘束されている或る符
号またはフォーマットをチェックすることにより行なわ
れる。

【００２９】たとえば、グレイ符号化ハードトラック番
号フィールドの従来技術の一つの装置はＩＢＭテクニカ
ル・ディスクロジャ・ビュレタンにＰenningtonが「デ
ィスクファイル・トラックアドレスの二重セルグレイ符
号化」という表題で発表している（Vol.25,No.2,7/82,
p.776-7）。この装置では、トラック番号の各ビットは
三つの部品が入っているセルで表されている。各セルの
最初の３分の１はタイミング目的のフィードバックパル
ス（これを「クロックパルス」という）を保持してい
る。対応する符号化トラック番号ビットが１であれば、
次のリードバックパルスは同じセルの中心の３分の１で
生ずる。トラック番号ビットが０であれば、次のリード
バックパルスはセルの最後の３分の１で生ずる。新しい
サーボＰＬＬ概念をこの従来技術のグレイ符号化機構に
採用するのに、ＰＬＬのＶＣＯは、クロックパルスがＶ
ＣＯと予想された整列をして生じていた「常にその場所
に」ロックされている。もしそうであれば、ＰＬＬは前
のサーボフィールド以来ロックされたままになってお
り、従って新しいサーボフィールドを正しく区別してい
る。この装置では、ロックの損失をＶＣＯがいずれかの
方向に3,6,9サイクルなどだけスリップした場合に検出
できないことに注目のこと。幸いにも二つの連続するサ
ーボフィールド間の時間スパン中にこの規模のタイミン
グ移動を生ずるには非常に活動的な外乱を取る。この種
の外乱が可能であれば、大きいサイクルスリップをさえ
検出するために更に他の符号制約グレイ符号化トラック
番号フィールド（または精ＰＥＳフィールド）に置くこ
とができる。これはサーボＰＬＬが明確な同期マークの
存在なしにさえサーボフィールドを確実に区別すること
ができる仕方を示している。

【００３０】「二重使用」の概念の他の例はサーボＰＬ
Ｌがそのタイミング基準を設ける目的で埋め込みサーボ
フィールドに新しい特徴（または０）を追加する必要が
ないという事実である。同じＰＬＬに対するタイミング
更新（すなわち、「スピードアップ」または「スピード
ダウン」補正）をサーボフィールドに既に存在している
構成要素から得ることができる。たとえば、ペニントン
のグレイ符号化トラック番号機構で、信頼をパルス検出
器（これはアナログリードバック波形のピークを検出す
る）が常にトラック番号のビット当たり２パルスを検出
するという事実におくことができる。従って、このトラ
ック番号フィールドはＰＬＬのスピードアップまたはス
ピードダウン・タイミング補正を発生するのに役立つ充
分な基準信号を提供することができる。この装置を用い
ればサーボＰＬＬにグレイ符号化トラック番号フィール
ド期間中を除きどこでもコーストしていく（すなわち、
リードバック信号を無視する）ように命令することがで
きる。

【００３１】他の代案はＡ及びＢ精ＰＥＳフィールドを
使用してサーボＰＬＬの同期を更新することである。ヘ
ッドがトラック中心にあるときＡ及びＢフィールドが共
に検出され、ＰＬＬがその周波数を両ィールドの比較に
基づき補正することができることに注意されたい。ヘッ
ドによる半径方向変位について２フィールドの少なくと
も１フィールドを検出し、ＰＬＬの基準としてなお働く
ことができる。この方法は従来技術のＡ、Ｂ、Ｃ、及び
Ｄフィールドを有する「４相」振幅符号化フォーマット
と共に更に良く動作する。４相フォーマットで４フィー
ルドのうち少なくとも２、典型的には３２フィールドが
半径方向偏りでヘッドにより検出される。ＰＬＬが観察
することができるリードバックパルスが変化すると、Ｐ
ＬＬのループゲインが変わるが、限界内でこれはＰＬＬ
の同期を乱さない。ＰＬＬは、基準信号のバーストを正
確に何時受けるかまたはこのバースト内にどれだけのパ
ルスが存在するかに関係なく正しい周波数を維持させる
良好なフリーホイーリング特性または「慣性」特性を備
えている。

【００３２】従って、サーボ復調器にＰＬＬが存在すれ
ば埋め込みサーホフィールドの多数の構成要素の大きさ
を減らすことができ、しかもその自身の新しい構成要素
を必要としないということが実証されている。これによ
り新しい手法の効率が提供される。特に、粗及び精のＰ
ＥＳ信号の要求事項とサンプルされたＰＬＬの要求事項
との間に良好な共生関係が存在し、同じ磁化パターンが
両機能を満たすことができる。この「二重使用」手法は
位相符号化サーボフォーマットで更に良くさえ動作す
る。これまでのところでは、精ＰＥＳ信号がＡ及びＢフ
ィールド（２相フォーマットを仮定している）にある再
生信号の振幅から得られる振幅符号化フォーマットだけ
を考えてきた。しかし、ＩＢＭはAxmear & CollinsのAx
mear等に認可されＩＢＭに譲渡されている米国特許第4,
549,232号で興味ある位相符号化法を開拓した。Axmear
等は再生信号の振幅からではなくその位相から位置信号
を復調する手法を開示している。この手法の秘訣は予備
記録されたサーボフォーマットとしてシェブロン形磁化
パターンを使用することである。これを本書で図５に示
してあるが、これはAxmear等の図４から移したものであ
る。この図では磁化の一つの極性を陰影で表してあり、
磁化の一つの極性を陰影なしで表してある。ヘッドの半
径方向変位に関係なく、常に各磁化領域の幅が一貫して
いることに注目のこと。従って、再生信号の振幅はヘッ
ドの半径方向位置の関数ではない。しかし、リードバッ
クパルスのタイミングはヘッドの半径方向位置によって
決まる。従って、この形式の時間関係（または「位
相」）を検知することができる復調手法はヘッドの位置
を示すことができる。

【００３３】これらシェブロン・フィールドにおける信
号振幅はヘッドの半径方向変位によって変わらないか
ら、これらフィールドもＡＧＣ機能の基準となることが
できる。これは「二重使用」原理の他の例である。

【００３４】Axmear等はこの機構に必要な傾斜遷移を
「歩進及び遅延」手法を使用してフォーマットすること
ができることを示している。単独傾斜遷移を書込むプロ
セスを考える。最初に単一磁束反転を或る任意の時刻に
或る半径方向位置でヘッドにより書込む。次にヘッドを
半径方向にトラックに対する所定比率だけ歩進させ、こ
の同じ遷移を続くディスク回転中、ただし非常にわずか
時間を遅らせて再び書込む。第２の書込ステップは前の
ステップで形成された磁化パターンの一部を消去する。
このプロセスを続ける際、階段形磁化パターンが発生す
る。ヘッドの物理的寸法が階段の細かい粒子性を区別で
きないようにしている。代わりに、ヘッドは踏み段の幾
つかを共に組み込み、ヘッドの半径方向位置に基づき時
間（または位相）的に移動する単一パルスを作る。これ
ら階段を図３に示すが、残りの図では省略して（平らに
ならして）ある。

【００３５】Axmear等は彼らの復調プロセスが同期クロ
ックを採用していないことを強調している。すなわち、
位置信号を傾斜遷移により生じたリードバック信号から
これら傾斜遷移と同期しているクロックを使用せずに再
生している。Axmear等が開示している復調法は水晶発振
器が発生する非同期信号、「基準クロック信号」、を採
用している。この「基準クロック」の周波数をリードバ
ック波形の公称周波数と等しくすることにより、一定の
復調誤差を極小にすることができる。しかしこの基準ク
ロックはリードバック波形と特定の位相関係にはない。
この基準クロックの任意の位相は、位置信号が下記差分
計算から復調されるので測定値を相殺してしまう。

【００３６】（位置誤差）＝(或る定数)×[(基準クロッ
クに対するＡフィールドの位相)−(基準クロックに対す
るＢフィールドの位相)]

【００３７】ここで「Ａフィールド」はシェブロン・パ
ターンの左半分を指し、「Ｂフィールド」は対応する右
半分を指す。

【００３８】Axmear等は復調器でのＰＬＬの使用を特に
除外しているが、本書ではＰＬＬの存在はAxmear等の及
び他の従来技術の手法に比較して莫大な長所を示すこと
を教示する。第１に、サーボＰＬＬからの同期クロック
の存在はサーボフィールドを縮小させ、それにより別の
データ容量が可能になる。たとえば、サーボ復調器にＰ
ＬＬが存在すればこの形式のシェブロン磁化パターンを
非常に異なる二つの目的−−ＰＬＬのタイミング基準と
して及びヘッドの位置基準として−−に役立たせること
ができる。埋め込みサーボフォーマットのオーバヘッド
を両機能に対して同じ磁化区域を使用することにより極
小にすることができる。傾斜遷移のこの二重使用はAxme
ar等によって教示されていない。事実Axmear等の好適実
施例の各々に対する図面はタイミング基準を与えるのに
使用される「クロック」フィールドを図示し、「セクタ
（埋め込み）サーボに役立つシステムはサーボフィール
ドの開始を認識するためのクロックをも備え…」と述べ
ている。傾斜遷移を復調する仕事に用いるＰＬＬの本書
の新規な適用はこの必要なクロックフィールド及びそれ
が表すオーバヘッドを省略している。

【００３９】位相符号化埋め込みサーボフォーマットに
よるサーボＰＬＬの使用に関する本発明を簡単なシェブ
ロン・パターンを図示している図６に関して説明する。
この図に示されているのは磁化領域及び復調器で使用す
る対応する信号である。図はヘッドによるオフトラック
状態の三つの場合を示している。

【００４０】場合１：ヘッドがトラック中心の左にある

【００４１】場合２：ヘッドが正確にトラック中心にあ
る

【００４２】場合３：ヘッドがトラック中心の右にある

【００４３】ここで、三つのすべての場合において、サ
ーボＰＬＬは、ヘッドが正確にトラック上でシェブロン
・パターンと交差すれば生ずるであろう再生信号と完全
に同期していると仮定した。

【００４４】図７はここではＰＬＬがヘッドが図示した
埋め込みサーボフィールドに到達する時刻にトラック上
の（すなわち、場合２）再生信号よりわずか進んでいる
と仮定していることを除けば図６と同じである。下記好
適実施例は同じ回路が単一シェブロンからＰＬＬに対す
るタイミング更新及びアクチュエータに対する位置更新
の双方を復調できるようにしている。タイミング更新は
ＰＬＬ周波数を補正してそれがなお次のサーボフィール
ドと正確に同期しているようにするのに使用される。位
置更新はヘッドの半径方向アラインメントを補正してヘ
ッドが次のサーボフィールドまでトラック上に留まって
いるようにするのに使用される。

【００４５】図７及び図８において、「ＶＣＯ」と記し
た信号はサーボＰＬＬの出力である。サーボＰＬＬのフ
ィードバックループ21b4はＶＣＯ信号の立ち上り縁をヘ
ッドにより発生されるアナログ再生信号にあるパルスの
ピークに強制的に整列させる。二つの極性のピークは従
来技術で標準であったように埋め込まれていることに注
目のこと。「コーストＬ」と記した信号はサーボＰＬＬ
にデータ域及びサーボ域内の不必要な区域を無視するよ
うに命令する信号である。この信号を挿入するとＶＣＯ
がその現在の周波数で自由運転する。通常のタイミング
補正信号「スピードアップ」及び「スピードダウン」が
ＰＬＬの位相検出器により作られる。これら二つのディ
ジタル信号が次にその出力がＶＣＯへのアナログ制御電
圧（図４及び図５で「ＶＣＯ入力」と記してある）であ
る積分器を駆動するチャージポンプを制御する。コース
ト機能はコーストＬ信号３値状態をチャージポンプに与
えることにより容易に実施することができる。電流が積
分器に流入しない状態でＶＣＯの制御電圧及び周波数は
一定のままである。

【００４６】本発明の重要な局面はヘッドがシェブロン
・フォーマットに遭遇したとき精ＰＥＳ信号及びＰＬＬ
用タイミング補正信号が共にスピードアップＨ及びスピ
ードダウンＨ信号から得ることができることを実現する
ことである。これら２信号はディジタルであるが、それ
らのパルス幅はパルス幅対電圧回路によりアナログ電圧
に容易に変換することができる連続可変量である。これ
は正確にチャージポンプＰＬＬの標準装置で発生する事
柄である。スピードアップＨ及びスピードダウンＨ信号
の各々の幅は一体とされてＶＣＯへの制御電圧を発生す
る。本発明は精ＰＥＳ信号を発生するために同じ２信号
の異なる順序を単に取り入れているだけである。これを
図６及び図７に示してある。スピードアップＨは常にＶ
ＣＯ制御電圧を増大させるように働くことに注目。しか
し、シェブロンの前半で活動するスピードアップＨは精
ＰＥＳ信号を増大するように働くが、シェブロンの後半
で活動するスピードアップＨは精ＰＥＳ信号を減少する
ように働く。シェブロンの終結により、ＶＣＯ制御電圧
及び精ＰＥＳ信号は共にＶＣＯの再生信号との同期の質
（限界内の）に関係なく所要レベルを達成していること
に注目すること。

【００４７】一つの意味で、シェブロン・フォーマット
ＰＬＬの「共通モード」応答でタイミング補正を及び同
じＰＬＬの「差分モード」応答で位置補正を行なう。こ
れら応答は本質的に直交であり、これは単一磁化パター
ンを二つの異なる信号に符号化できるようにするもので
ある。前記他の方法、シェブロン・フォーマットはｄ.
ｃ.（またはベースバンド）精ＰＥＳ信号をＰＬＬタイ
ミング補正に対するａ.ｃ.外乱から再生できるようにす
る。ＰＬＬの帯域幅はシェブロンの前半により発生され
たスピードアップ命令にシェブロンの後半がこの命令を
取り消す前に応答させない。正味のＰＬＬスピード補正
は非０精ＰＥＳ信号を検出している間でさえ０になる可
能性がある。更に一般的に、二つの独立信号をヘッドの
シェブロン形磁化パターンとの相互作用により発生する
リードバック信号を追跡するＰＬＬから復調することが
できる。

【００４８】図７で仮定したＰＬＬの同期誤差は位置信
号の検出を（限界内で）妨害しないことに注意された
い。必要なのはＰＬＬが累積的意味で再生信号から遠く
に移動しないことだけである。完全な同期は不要であ
る。

【００４９】他の形式の位相符号化磁化フォーマットも
タイミング補正及び位置補正の同時創出を支持する。た
とえば、図６は、Axmear等によって例示されていないが

【００５０】サーボＰＬＬ復調器で非常に良く動作する
他の形式のシェブロン磁化フォーマットを示す。図６に
示した一つの新しい局面は直交フィールドの追加であ
る。従来技術の振幅符号化サーボフォーマットの多くは
垂直及び直交の両精ＰＥＳ信号をサポートしている。こ
れら二つの信号は一方がその最大可能非線形性（または
他の非理想的挙動）を表示しているとき他方の信号が最
も良く挙動するように直交している。アクチュタの位置
補正はこのときどちらの信号がその最適動作点に近いか
に基づいている。Axmear等は位相符号化フォーマットか
ら直交信号を作ることを述べていない。しかし、図６は
ヘッドがn-2,n,n+2,などと記したトラックに近いとき垂
直精ＰＥＳフィールドを採用するが、n-1,n+1,n+3,と記
したトラックの近くでは直交精ＰＥＳフィールドを採用
することを示している。直交磁化パターンは半径方向に
ずれている他は垂直磁化パターンと同じである。

【００５１】これまで、サーボ復調器に存在すれば埋め
込みサーボ法のサーボフィールドを縮めるのに如何に役
立つかについてのみ説明してきた。しかし、この同じ装
置はデータ域の縮小をも可能とする。従来技術の埋め込
みサーボディスクドライブでは、ユーザのデータの書込
のタイミングに使用される書込クロックは水晶のような
非同期周波数基準から得られていた。従って、書込周波
数は瞬時スピンドル速度に連結されていない。その結
果、不変量のデータの書込によって消費されるディスク
回転の量が変わり得る。この変化が次の埋め込みサーボ
フィールドの上書きを生じないためには、ディスクフォ
ーマットをデータ域を埋め込みサーボ域から分離するギ
ャップを設けて設計しなければならない。これらのギャ
ップはスピンドル変動のクッションとなる。

【００５２】しかし常に埋め込みサーボフィールドにロ
ックされているサーボＰＬＬは同期クロックとなる。そ
れ故、書込クロックがサーボＰＬＬの周波数を基準にし
ていれば（たとえばそれに位相ロックされていれば）各
書込は非常に再現可能な量のディスク回転を消費する。
従って、スピンドル速さの公差ギャップをディスクフォ
ーマットから省略することができ、従って製品のデータ
容量が増大する。

【００５３】スピンドルスピードの公差ギャップの省略
の他に、この方法はトラック密度（半径方向のインチ当
たりのトラック数）を従来技術で達成することができる
ものを超えて増大することもできる。これはデータ遷移
を今度は隣接トラックに密着して書込むことができるか
らである。すべての偶数番トラック上の遷移に対してす
べての奇数番トラックに遷移を180゜だけ位相を遅らせ
て記録するとクロストーク信号のピークをトラック上信
号のピークから離しておけるので、データ複合器の誤差
率が改善される。誤差率が改善されればトラック密度
を、従ってドライブの容量を増大することができる。

【００５４】サンプル化ＰＬＬにより提供される最後の
長所はそれが回転センサとして働くことができるという
ことである。加速度計を設けて製品に作用する外力を検
知することが非常に小さいディスクドライブでは標準の
慣例になってきている。それにも拘らず完全に釣り合っ
たロータリ・アクチュエータは平進加速度により乱され
ず、回転加速度により乱される。この回転外乱を検知す
ることができればどんな数の現存戦略によってでもそれ
を補償することができる。平衡信号を創出することによ
り小さい外乱に反抗することができる。外乱が過大であ
れば製品は外乱が終わるまで書込禁止を選択することが
できる。これらの戦略はすべて回転外乱を検知すること
ができることに基づいている。サンプル化ＰＬＬの概念
はこの種のセンサを提供する。沿岸進行ＰＬＬのＶＣＯ
周波数は一定スピンドル速度を追跡することができるよ
うにする慣性挙動を示す。ディスクドライブの枠に関す
る外部回転はサーボＰＬＬと埋め込みサーボフィールド
からの再生信号との間の同期誤差を生ずるスピンドル速
度変動を生ずる。この同期誤差を非常に精密に検出する
ことができ、従って、この同期誤差はスピンドル速度外
乱の敏感なインジケータである。従って、サンプル式Ｐ
ＬＬの存在は回転加速度計の要求事項を改善しまたは除
去する。

【００５５】前述の詳細説明は本発明のほんのわずかの
可能な実施例を例示するものであることが理解される。
各種変更及び修正をその精神及び範囲から逸脱する事な
く行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Knowles等に与えられた米国特許第4,832,212号
の２位相、振幅符号化、埋め込みサーボフォーマットを
示す図。

【図２】本発明による一回り位相ロックループ・ロック
アップフィールドを具現するディスクフォーマットを備
えたディスクドライブを示す図。

【図３】本発明によるサーボ及びデータの処理機能を具
現するディスクドライブシステムを図的に示す図。

【図４】図３に採用した形式の位相ロックループの詳細
を示す図。

【図５Ａ】ディスク7とカウンタＣ１との関係を示す
図。

【図５Ｂ】コースト信号とカウンタＣ１との関係を示す
図。

【図６】米国特許第4,549,232号に開示されている「位
相符号化」シェブロン形式のフォーマットを示す図。

【図７Ａ】ＰＥＳ信号を位相符号化、シェブロン形式埋
め込みサーボフィールドに応答して発生されるＰＬＬの
スピードアップ及びスピードダウン信号から復調するこ
とができる仕方を示す図。

【図７Ｂ】ＰＥＳ信号を位相符号化、シェブロン形式埋
め込みサーボフィールドに応答して発生されるＰＬＬの
スピードアップ及びスピードダウン信号から復調するこ
とができる仕方を示す図。

【図８Ａ】ＰＬＬが例示した特定のサーボフィールドの
期間中わずかな同期誤差を持っているとだけ仮定した場
合の、図６と同じ復調プロセスを示す図。

【図８Ｂ】ＰＬＬが例示した特定のサーボフィールドの
期間中わずかな同期誤差を持っているとだけ仮定した場
合の、図６と同じ復調プロセスを示す図。

【図９】ここに適用することができる位相符号化シェブ
ロンフォーマットの代わりの実施例を示す図。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ．サンプル化サーボセクタ及び前記サン
   プル化サーボセクタの間にデータセクタを備えた少なく
   とも一つの回転可能ディスク、 ｂ．前記ディスクの上方に設置され、前記ディスクが回
   転する際に個別トラック内の前記セクタを走査し、サー
   ボ信号及びデータ信号を発生するヘッドを備えた可動ア
   クチュエータ、 ｃ．前記アクチュエータに取り付けられ、前記アクチュ
   エータを移動させるアクチュエータモータ、 ｄ．前記磁気ヘッドを前記アクチュエータモータに結合
   させる位相ロックループを備えているサンプル化サーボ
   復調器回路であって、前記位相ロックループは前記サー
   ボ信号に応答して前記サーボ信号に同期して振動し、前
   記ヘッドが前記データセクタを横断する間前記サーボ信
   号の存在しないとき、前記位相ロックループの自由運転
   振動中前記サーボ信号との同期を維持するサンプル化サ
   ーボ復調器回路、 ｅ．前記磁気ヘッドを前記アクチュエータモータに結合
   させるサンプル化サーボ復調器回路、 ｆ．前記サーボ復調器回路に直列に接続された位相ロッ
   クループであって、該位相ロックループは前記サーボ信
   号に応答する入力を備え、前記サーボ復調器回路の前記
   アクチュエータモータに結合した前記信号と同期して振
   動する出力を備えている位相ロックループ、 ｇ．前記サーボ信号に応答して前記サーボ信号に同期し
   ている信号を前記アクチュエータモータに結合させる位
   相ロックループを備えているサンプル化サーボ復調器回
   路、を備えているディスクドライブ。
2. 【請求項２】ａ．サンプル化サーボセクタを備えた少な
   くとも一つの回転可能ディスクであって、前記セクタの
   安定な一つはロックアップ信号を与えるのに充分な区域
   を備えている少なくとも一つの回転可能ディスク、 ｂ．前記ディスクの上方に設置され、前記ディスクが回
   転する際に前記サンプル化サーボセクタを走査し、サー
   ボ信号を発生するヘッドを備えた可動アクチュエータ、 ｃ．前記アクチュエータに取り付けられ、前記アクチュ
   エータを移動させるアクチュエータモータ、及び ｄ．前記サーボ信号に応答して前記サーボ信号に同期し
   ている信号を前記アクチュエータモータに結合させる位
   相ロックループを備えているサンプル化サーボ復調器回
   路であって、前記位相ロックループは、前記ロックアッ
   プ信号に応答して、回転毎に位相を合わせて動作するサ
   ンプル化サーボ復調器回路、を備えているディスクドラ
   イブ。
3. 【請求項３】ａ．少なくとも一つのトラックを備えた少
   なくとも一つのディスク、 ｂ．前記少なくとも一つのトラックにあるロックアップ
   サーボセクタ及び複数の円周上に間をおいて設けられた
   サーボセクタであって、前記サンプル化サーボセクタの
   長さは前記ロックアップサーボセクタより少ないロック
   アップサーボセクタ及びサーボセクタ、 ｃ．前記ディスクの前記トラックの上方に設置され、前
   記ディスクが回転する際に前記ロックアップサーボセク
   タ及び前記サンプル式サーボセクタを走査してロックア
   ップサーボ信号及びサンプル化サーボ信号を発生するヘ
   ッドを備えている可動アクチュエータ、 ｄ．前記アクチュエータに取り付けられ、前記アクチュ
   エータを移動させるアクチュエータモータ、 ｅ．前記ロックアップサーボ信号に応答して前記ロック
   アップサーボ信号により初期設定され且つ前記ロックア
   ップサーバ信号によりロックステップ振動に入り、前記
   サンプル化サーボ信号に応答して前記サンプル化サーボ
   信号との同期を維持する位相ロックループを備えてい
   る、前記ヘッドを前記アクチュエータモータに結合させ
   るサンプル化サーボ復調器、を備えているディスクドラ
   イブ。
4. 【請求項４】ａ．それらの間にデータセクタがある埋め
   込みサーボセクタを備えている少なくとも一つの回転可
   能ディスク、 ｂ．前記ディスクの上方に設置され、前記埋め込みサー
   ボセクタから再生信号を作るするヘッドを備えた可動ア
   クチュエータ、 ｃ．前記可動アクチュエータに取り付けられたアクチュ
   エータモータ、及び ｄ．前記再生信号に応答して前記アクチュエータモータ
   を制御して前記再生信号との位相整列を維持するサーボ
   位相ロックループ、を備えているディスクドライブ。