JPS61500193A - 高密度ディスクファイル用トラック追随サ−ボ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高密度ディスクファイル用１へラック追随サーボ本件はディスクに高速ディジタ ル磁気記録する技術および装置に関するもので、より特定的にはその変換器（ヘ ッド）の位置を定める改良された技術に関するものである。

発明の背景 以下のことは、改良された［トラック追随サーボ機構」に関するものである。「 トラック追随サーボ」はディスクファイルにおいてヘッド位置決めのために使用 されるサーボ機構の一部である。その機能は、撹乱があっても最小のずれでヘッ ドの位置を選択されたディスクトラックの中央に正確に維持することである。

今日、「トラック追随サーボ」の設計における最大の挑戦は帯域幅を最大限まで 増加することであるとともにシステムの安定性と発振の解消を確実にしつつ「修 正時間」と「ずれ」を最小にすることである。

サーボ機構力学 典型的なディスク駆動ヘッド位置決め構造は第１図に示される。当業者なら、（ 詳細は記述しないが、当分野では周知の）ボイスコイルモータなどによって（成 るトラック上を）規定の直線路に沿って極めて正確に、選択的に往復運動させら れるキャリッジに（＠垂アームによって）支持されている１組のヘッドを思い起 こすであろう。ヘッド位置決めサーボ機構は、そのようなヘッド、支持アーム、 キャリッジ、およびベアリングなどを含むものと理解されよう。これらは永久磁 石（図示せず）を有する駆動コイル電機子を介して直線的な動作を与える。

そのようなモータによって生じる力ＦＧ、＋電機子・電流１に直接比例する。し かして、 Ｆ＝Ｋａ　！　。

ここでＦは力（Ｉｂｓ、　） Ｋｅはｒ力定数Ｊ　（ｌｂｓ、／　ａｍＤｓ）ｉはコイル電流（アンペア） 理想的な復調器のために、検出されたヘッド位置はディスク面上のヘッドの実際 の変位に實線的に比例する。しかここでＶｘは位置信号（ボルトＶにおける）Ｋ Ｘは「位置係数」　（Ｖ／インチ） Ｘはヘッド変位（インチ） 「電流感応」電圧ｖｉはモータ電流１の関数である。

■、は電流感応電圧 Ｍｏはｌｂｓ、　５ｅｃ２／インチにおける質量ＫＥは力定数　ｌｂｓ、／アン ペア に、は電流分解能　アンペア／ポル１へにアは変位係数　ボルト、′インチ ｖｘは位置信号　ボルト Ｓはラプラス係数　１　／　ｓｅｃ そこで、もし電流感応電圧に対する位置信号の伝達関数をプロットすると、「２ 重積分」応答が得られるであろう。

その測定結果は第２図の曲線に示される。

第２図より、「２重積分」応答は約ＩＫＨｚ以下の周波数で有効であるにすぎな いということがわかる。アクチユエータやヘッド懸垂における種々の共振がＩＫ Ｈｚ以上の応答を理想的なものとはほど遠くしていることは明らかで２重積分の ために、サーボの「閉ループ応答」は不減衰の単純調和運動（零位相余裕）を呈 する。結果として、オープンループの単位利得での位相を進まぜるためにいくつ かの「補償手段」が処方されるであろう。

何人かの当業者は増大した「直流硬直」を与えるために積分器を処方するであろ う。すなわち、彼等は機械的共振の影響を減少させるために「急峻カットオフ２ 次ローパスフィルタ」を処方するであろう。２重の進み／遅れ回路網が所望の「 修正特性」を成就するべく単位利得周波数のまわりでの位相の進みを最大にする ために使用される。

く他のパラメータを一定に保持しっつ）サーボ帯域幅を増加することはくディス クの回転周波数での１〜ラツクからの半径方向はみ出しによる、およびキャリッ ジを越える冷却エア循環における不完全さによって生じる静的なカにょる）トラ ック追随エラーを減少することになると理解される。帯域幅を増加させることは くトラック間の探索の後）の「修正時間」を減少させることでもあり、それによ ってアクセス時間を減少させることであるｍ−これは非常に望ましいことである 。帯域幅”の上限は高周波機械構造の共振下における安定性を維持する必要性に よって制御される。

成る［適度に高いＪ　Ｌ−ラック密度のディスクファイルにおいては帯域幅３６ ０　Ｈｚは「１−ラックずれ」エラーを（前記トラック密度で通常満足される） １００μ以下に押える。より高いトラック密度では、たとえば機構設計の改善お よび／またはエレクトロニクス設計の改善によって帯斌幅：二増加さ〜れなけれ ：二ならなし・。

機構設計の改善は、これらの共振の大きさを減少させることまたは「中心周波数 」を増加させることを目的とするであろう。しかし、そのような改善は通常非常 にコストがかかる。

他の、やや従来的な方法は、機械的共振のピークを抑圧する「ノツチフィルタ」 を使ってエレクトロニクス設計を改善すやことである。これは、上記の周波数が 、あまりにも広い周波数範囲にわたって分布するので、典型的には効果がない。

しかしながら、私の（下記の）解決法は、そのようなディスクファイルにおける 「トラック追随サーボ」の帯域幅の（機械的な共振よる）限界を上げる新規な方 法である。

それは「２次加算フィルタ」と呼ぶ。

゛　の簡単な説明 この発明のこれらの、および他の特徴と利点は、添付図面に関連して考慮される 好ましい実施例についての以下の詳細な説明を参照して当業者がよりよく理解し たときに察知されるであろう。なお、図面において、同一の参照記号は同一の素 子を表わす。

第１図は典型的なマルヂヘッドキャリッジの理想化した斜視図である。

第２図はそのような配列の典型的な周波数対位置エラーのプロット図である。

第３図はそのような装置のトラック追随サーボシステムにおける私のく理論的な ）改良のブロック図である。

第４図は第３図に沿った、より特定的なブロック図である。

第５図は第４図を完成する好ましい回路である。

第６図は第２図に沿った関係結果のプロット図である。

好ましい実施例の説明 一一一一般的な説明、背景 第４図はく第５図の回路で成就される）この発明の原理によって構成された「２ 次加算フィルタ」１：Ｆ−を図式的に示す。ここで議論される、この又は他の手 段は特殊化されているところを除き当技術において現在公知であるものと同様に 構成され動作するものと一般的に理解されよう。

そして、好適なこの実施によれば、特殊化されている点を除き、ここにおけるす べての材料、方法および素子、装置はこの公知の便法によって完成されるものと 理解されよう。

−一」１ そのような１２次加算フィルタ」の理論は次のように与で、もしＦ　（Ｓ）　＝ Ｇ　（Ｓ） ならＹ’（ｓ＞　−Ｘ　（ｓ　）であり、がっＹ（ｔ）とＸ（ｔ）が共に連続で あればＹ（ｔ）＝Ｘ（ｔ）である。

与えられた関数はｔ＞Ｏで連続な複数の逆ラプラス変換をもつことはできない（ ラーチの定理）。

そのことから ２次ローパス伝達関数の規範的な形は、であり、２次バンドパス伝達関数の規範 的な形は、前記の関係は、第３図のブロック図で表ねずことができる［ここでＮ （Ｓ）−〇と仮定するコ。そして、Ｗｏ−加算フィルタのカットオフ周波数Ｑ　 −ダンピングファクタの逆数 Ｘ、＝（加算フィルタに対する〉入力変位量Ｘ０−（加算フィルタに対する）出 力変位量そしてＸ、＝Ｘｏと仮定し、 Ｎ（ｓ）を導入すると、 「２次加算フィルタ」のこの数学的モデルはく例えば下に議論されている第４図 、第５図の場合のように）ディスクファイル・トラック追随サーボにおける制限 帯域幅の問題を解決するのに有効であることがわかるであろう。

−一実施例■（第４図、第５図） 第４図は、より優れた「位置エラー」サーボ情報のために必要であるという特徴 をもった、高密度ディスクファイル用「２次加算フィルタ」　（ここではＦＦＩ のブロック図での実行と理解されよう。

ここで、本題のディスクファイルの位置情報はヘッドの読出信号から解読される ものと理解されたい。この信号は、実際の位置情報以外にヘッドの懸垂組合体と キャリッジアクヂュエータ組合体における（例えば、もっと高い周波数の）共振 によって引起こされる付随的なノイズ成分を含んでいる。今、システムを「オー ブンループ」としてみれば（コイルを流れる）電流信号はそのような「機械的な ノイズ成分」がない。それゆえ、我々がアクチュエータ電流信号が位置情報を解 読できたなら、得られる信号は、いかなる機械的なノイズ成分からも影響されな い実際の変位を表わすであろう。不運なことに１．これは必要な前置条件が得ら れにくいという理由で実現できない。

加算フィルタＦＦ−のブロック図である第４図を見ると、Ｘが位置エラー信号（ Ｖｘ）を表わす場合には、項Ｓ８をモータ電流（ｉ＞の積分によって置換えるこ とができる。

ここで、ｖｘ、は位置エラーを表わす入力電圧Ｖｘｏは位置エラーを表わす出力 電圧 そしてに；　積分器定数 Ｎ１　：　バンドパス利得 Ｎ２．Ｎ、：　ローパス利得 とし、加算フィルタＦＦ−の条件を満すと、これは、加算フィルタＦＦ−が位置 エラー電圧を通し中心Ｗ。の２次ローパスフィルタによる機械的なノイズを減衰 することを意味する。

加算フィルタの条件はブロック図によって完成されている上記のものを使って、 Ｎ＋　／　Ｎ　３　＝Ｋｘ　ＫＥ　Ｋ＋　／Ｗｏ　ＫＭに選ぶと、前の方程式は 第３図に示されている（非常に一般的な）技法が要件としているのは単に（例え ば、信号が生成される過程および／またはそれが検出される過程で生じる）過度 な「ノイズ成分」をもっている（位置エラー信号のような）時間に従って変化す る量×１が「加算フィルタＪＦＦ装置、すなわち「２次ローパス」フィルタ段Ｆ ３に結合されること、そして、（例えば、微分器段りを通した）その時間微分が 並列接続された「２次」フィルタ（Ｆ、はバイパス型、Ｆ２はローパス型）に結 合されること、そしてすべてのフィルタの出力が加算手段Ｓ、に結合され、それ によってこの量の所望の「低ノイズ」化Ｘｏを与える（これらのフィルタと加算 手段は［加算フィルタＪＦＦを構成している）ことである。

当業者であればそのような１２次」フィルタは（例えば電気回路の改変）として 知られているが、その教示された「加算フィルタ」配列としての示された装置は 多くの適用に新規で、有益であるということを認識することであろう。

例えば、通信技術の当業者であれば、時間の変化に応じてノイズが生じる多くの 種類の信号のノイズ成分をｍ−それらの信号を「２次ローパス」のようなフィル タ段に通すとともにそれらの信号の時間導関数を「２次ローパス」フィルタ段と 「３次バンドパス４フイルタ段（これらの回路は当技術分野で知られており、例 えばディスクリート部品で作ったり、集積回路手段を使用したりできる）（周波 数Ｗ０の値や［逆ダンピングファクタ」を特別に定めるだけでよい）の双方に並 列に供給することによって、そしてすべてのファクタの出力を加算することによ ってどのように除去（または少なくとも減少）できるかを理解するであろう。

さて、当業者は疑いなく種々の形の「２次」フィルタを単独で（例えば、ローパ スフィルタＦ、たけて）使うことを考えてきたと思うが、その所望の出力があま りにも減衰されすぎたり、および／または大きな値のノイズが含まれているとい うことを悟った（または気付いたλであろう。

また、種々の機械的アナログ（例えば流動性システム）が当業者に思い浮かぶで あろう。さらに、光学式のような音響アナログも沈思されるであろう。

第４図に目を向けると、「位置エラー」信号電圧ＶＸ＋のような時間に応して変 化するノイズを含む量を、「低ノイズ化」をよく反映している（「モータ電流感 応電圧」Ｖｌのような）関連する検出量を有する比較的「真の」低ノイズ化ＶＸ Ｏを引出すように処理したい場合に、第３図の一般的な装置がディスク駆動また は関連するシステム用に特殊化されると理解されるであろう。（ここで、Ｖ、は 一度時間に関して積分するとヘッド位置の変化を反映してい□るものであること がわかる。すなわち、リニア減衰器におそれゆえ、信号Ｖｘ１を（Ｆ、のことぎ ）フィルタ段（Ｆ３１に印加するとともに２つのフィルタ段Ｆ、−とＦ２−　（ Ｆｌ　、Ｆ２のようなｍ−但しすべてのフィルタのＷＯとＱは特殊化する）にｆ ヵｖ１を印加してフィルタの出力を加算するとＶア１の「低ノイズｊ化であるＶ ア。が生じる。当業者であれば、この加算フィルタＦＦ−を成就する公知のフィ ルタ回路を沈思するであろう。

同様な方法で、第４図の装置をチップ（集積回路）の形で成就することができる 。、１つの好ましい、そのような形は第５図の回路に示されている。第５図では く例えば、ナショナル・セミコンダクターによる）公知の形式のＬＳＩ（スイッ チングキャパシタ／状態可変フィルタ」チップ５−Ｃがｒ６００Ｈｚ　ＬＳＩ加 算フィルタ」において関連回路手段とともに使用されている。ここで当業者は入 力段５−１が積分動作（Ｄ−を参照）を与えること、出力段５−０がフィルタ出 力（Ｓ、−を参照）を加算し増幅すること、および「オフセットバランス増幅段 Ｊ　５−ＯＢもまたチップ出力における「オフセット」を補償するために好適に 使用されているということを理解するであろう。クロック人力ｒｃｃＪは出力エ ラーを調整するために必要なものとして使用されると理解されよう（出力エラー は、例えば約５％から約１％のキャパシ１タンスーー変化に依存し、クロック調 整利得はキャパシタンスまたはクロックレートに無関係である）。

モータ電流感応電圧と加算フィルタの出力との間の伝達関数（位置エラー電圧） の測定は第６図に例証されている。

加算フィルタは６００Ｈｚに設定されていると理解されたここに記載されている 好ましい実施例は、単なる例示であって、この発明は発明の精神から逸脱するこ となしに、構成、装置および使用における多くの修正と変更が可能であることを 理解されるべきである。

さらに、この発明の修正もまた、可能である。例えば、ここに開示した手段と方 法は他の高密度ディスクファイル、ならびに関連するシステムにも適用可能であ る。、また、この発明は時間に応じて変わる「ノイズ」の存在する他の形の信号 を記述したように高めるのにも適用できる。

この発明の可能な変更の上述した例は単なる例示である。

したがって、この発明は添付の請求の範囲によって明らかにされているような、 この発明の範囲において生じるすべての可能な修正と変更を含むと考えられるべ きである。

ＦＩＧ、　２゜ ＠　＞Ｇ−’Ｉ’ｚ　Ｋｈ ＦＩＧ、６゜ ）も劇数７四４ 国際調査報告 Ｉｎｊｓ＋ｎｍ１ｌａｎａｌＡＩｌＯｌｉｅａｌａｎＮｏ、ＰＣＴ／［３５８４ １０１６７１゜

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．「２次加算フィルタ」の配列
2. ２．時間に応じて変化するシステムパラメータのノイズ表現値Ｘｏを決定するよ うに適合されるとともに検出される値（Ｘｉ参照）がノイズ成分を含み、ノイズ 含有値Ｘｉを処理しノイズなしの値Ｘｏを生じるようにＸｉを２次フイルタ手段 に通すように整えられかつ適合された、請求の範囲第１項に記載の配列。
3. ３．比較的ノイズなしのヘッド位置エラー信号（Ｘｏ）を決定する高密度ディス クファイル用のディスク駆動におけるトラック追随サーボに適合された、請求の 範囲第２項に記載の配列。
4. ４．規定のノイズ含有位置エラー信号（Ｘｉ）とモータ電流信号を規定の伝達関 数を成就する規定の中心周波数で動作する２次フィルタ手段で自動的に処理する ように回路手段が与えられた、請求の範囲第３項に記載の配列。
5. ５．第１の２次フィルタ手段Ｆ１が前記モータ電流信号を受信するように整えら れかつ適合されているとともに、第２の２次フィルタ手段Ｆ２が位置エラー信号 Ｘｉを受信するように整えられ、かつ適合されており、加算手段が前記第１、第 ２のフィルタ手段の出力を受信するとともに、それらを加算して比較的ノイズな しの位置エラー信号（Ｘｏ）を供給するように整えられている、請求の範囲第４ 項に記載の配列。
6. ６．モータ電流信号がモータ電流感応電圧値Ｖｉを含み、第１のフィルタ手段が 前記加算手段に並列に接続された１対の２次フィルタ段を与えるように結合され た時間積分器手段からなる、請求の範囲第５項に記載の配列。
7. ７．第１のフィルタ段がバンドパスフィルタとローパスフィルタとからなるとと もに第２のフィルタ手段がローパスフィルタ手段からなり、位置エラー信号Ｘｉ がノイズ含有位置エラー電圧値からなり、一方加算手段がノイズなしの位置エラ ー電圧信号Ｖｘｏを発生する、請求の範囲第６項に記載の配列。
8. ８．位置エラー決定手段が、２次加算フィルタ配列に従って動作する高密度ディ スクファイル用トラック追随サーボ装置において、 モータ電流感応電圧Ｖｉが積分されて２次バンドパスフィルタ手段Ｆａと２次ロ ーパスフィルタ手段Ｆｂによって並列に処理され、 機械的ノイズ成分を含む複雑な位置エラー信号電圧Ｖｘが２次ローパスフィルタ 手段Ｆｃによって処理され、３つのフィルタ出力が比較的ノイズなしの位置エラ ー電圧Ｖｘｏとして改善されたヘッド位置エラー値を発生するように加算される トラック追随サーボ装置。
9. ９．モータ電流感応電圧Ｖｉと加算フィルタＦａ，Ｆｂ，Ｆｃの出力Ｖｘｏとの 間の伝達関数を自動的に成就する回路手段が与えられている、請求の範囲第８項 に記載のトラック追随サーボ装置。
10. １０．フィルタ動作は中心周波数６００Ｈｚで行なわれる、請求の範囲第９項に 記載のトラック追随サーボ装置。
11. １１．前記色はＬＳＩスイッチングキャパシタ状態可変フィルタ集積回路を使っ て完成されている、請求の範囲第１０項に記載のトラック追随サーボ装置。