(57)【要約】【課題】新規且つ改善された磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウンの検出方法の提供。【解決手段】ベースライン位置エラー信号（ＰＥＳ）とＤＦＨ制御信号を徐々に増加させた後に測定されたＰＥＳの周波数領域における分散を判定することによって、Ｒ／Ｗヘッドとディスク間でタッチダウンが検出される(ステップ６０２〜６０５)。周波数領域における分散を数値化するため、ベースラインＰＥＳと与えられたＤＦＨ制御信号について生成された各ＰＥＳの離散フーリエ変換が用いられる。タッチダウン検出を改良するのに帯域制限されたＰＥＳ分散が用いられるが、この方法に必須ではない。【選択図】      図６
2010040163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースライン位置にある磁気ヘッドのベースライン位置エラー信号を測定するステップと、
前記磁気ヘッドの他の位置エラー信号を更に測定するステップであって、前記磁気ヘッドは更なる測定ごとに前記磁気記録メディアに継続的に近づいて位置決めされる、測定するステップと、
前記ベースライン位置エラー信号と他の位置エラー信号のそれぞれを時間領域から周波数領域へ変換するステップと、
前記周波数領域において選択された周波数帯内の離散的な数の周波数それぞれにおける位置エラー信号の分散から計算された組み合わされた分散値に基づいてタッチダウンを検出するステップと、
を備える、磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウン検出方法。
【請求項２】
前記磁気ヘッドを前記ベースライン位置から前記ベースライン位置より前記記録メディアに近い第１の位置へ駆動し、前記磁気ヘッドが前記第１の位置にある状態で前記他の位置エラー信号を測定するステップと、
前記磁気ヘッドを前記第１の位置から前記第１の位置より前記記録メディアに近い第２の位置へ駆動し、前記磁気ヘッドが前記第２の位置にある状態で前記他の位置エラー信号を測定するステップと、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記選択された周波数帯は２０００Ｈｚより大きい下限を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記組み合わされた分散値は前記各分散の合計である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
温度を測定するステップと、
タッチダウンが検出された時の前記磁気ヘッドの駆動パワーを記録するステップと、
前記温度及び前記記録された駆動パワーに基づいて前記磁気ヘッドを調整するステップと、
を更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
磁気ヘッドを第１の位置へ駆動するステップと、
前記第１の位置にある前記磁気ヘッドの第１の位置エラー信号を測定するステップと、
前記磁気ヘッドを第２の位置へ駆動するステップと、
前記第２の位置にある前記磁気ヘッドの第２の位置エラー信号を測定するステップと、
前記第１、第２の位置エラー信号のそれぞれを、時間領域から周波数領域へ変換するステップと、
前記周波数領域において２０００Ｈｚより大きい下限を用いて周波数帯を選択するステップと、
前記選択された周波数帯内の離散的な周波数の数それぞれにおける前記第１及び第２の位置エラー信号に基づいて、タッチダウンが生じたかを判定するステップと、
を備える、磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウン検出方法。
【請求項７】
タッチダウンが生じたと判定されると、前記磁気ヘッドを前記第２の位置へ駆動するのに必要とされたパワー設定を記録するステップを更に備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
タッチダウンが生じたと判定されると、前記磁気ヘッドを第３の位置へ駆動し、前記第３の位置にある前記磁気ヘッドの第３の位置エラー信号を測定するステップを更に備える、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第３の位置エラー信号を時間領域から周波数領域へと変換するステップと、
前記周波数領域において選択された周波数帯内の離散的な周波数の数それぞれにおける前記第３の位置エラー信号と１又は複数の他の位置エラー信号との間の差分を評価することによって、タッチダウンが生じたかを判定するステップと、
を更に備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記判定するステップは前記周波数領域において選択された周波数帯内の離散的な周波数の数それぞれにおける前記第１及び第２の位置エラー信号の分散から計算される組み合わされた分散値に基づいてタッチダウンが生じたかを判定する、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記組み合わされた分散値は前記各分散の合計である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複数の異なる方法を用いてタッチダウンを検出するステップと、
前記異なる方法のそれぞれについて、タッチダウンが検出されたらダイナミック・フライハイト・パワー設定を記録するステップと、
記録されたダイナミック・フライハイト・パワー設定のうち最も低いダイナミック・フライハイト・パワー設定を、タッチダウン・ダイナミック・フライハイト・パワー設定として選択するステップと、
を備える読み出し／書き込みヘッドのタッチダウン・ダイナミック・フライハイト・パワー設定の決定方法。
【請求項１３】
前記検出ステップは異なる方法のうち一つにおいて、周波数領域における位置エラー信号の分散に基づいてタッチダウンを検出する、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の各実施形態は磁気ディスクドライブ一般に関し、より具体的には、磁気ヘッドの接近検出方法及び記録メディアに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）において、磁気記録ヘッドと磁気記憶ディスク間の間隔は、ヘッドクリアランス(head clearance)と称され、重要な性能パラメータである。読み出し及び書き込み動作の間にヘッドクリアランスを低下させると、ビットエラーレート(bit error rate)を低下させることでき、ディスク上に非常に高い線密度で書き込まれたデータの正確な記憶及び取り出しが可能となる。読み出し／書き込み（Ｒ／Ｗ）ヘッドのダイナミックフライハイト(dynamic fly height)（ＤＦＨ）制御は、最近のＨＤＤでは一般的に用いられ、高密度の記憶メディアに対して浮上量(fly height)を充分に低下させる一方で、ヘッド位置及びドライブ温度が異なっても充分なヘッドクリアランスを維持する。
【０００３】
ＨＤＤの適切な動作のため、ＤＦＨ制御スキームは一般に、Ｒ／Ｗヘッドの浮上量が、ストローク位置(stroke location)、温度、及び与えられたＤＦＨ制御信号に伴ってどれだけ変動するかを決定する何らかの形態の調整を要する。ＤＦＨ制御の調整において重要なステップは、タッチダウン、すなわち、Ｒ／Ｗヘッドが実際に記憶媒体に接触する時点の判定である。通常の動作中にはこのような接触は回避されるが、調整の一部として、タッチダウンは、ディスクに対するＲ／Ｗヘッド位置の絶対的なベンチマーク(benchmark)を与え、また次の調整手順においても使用される。所定のストローク位置及び温度における調整のため、ＤＦＨ制御信号の値は、Ｒ／Ｗヘッドの一部がディスクに接触し始めるまで段階的に増加する。タッチダウン制御レベル及びアクチュエーション効率(actuation efficiency)、すなわち与えられる制御信号の単位あたりの浮上量の変化量、が与えられると、ＤＦＨ制御アルゴリズムは、位置及び温度の関数としてＲ／Ｗヘッドの浮上量を正確に調節することができる。
【０００４】
タッチダウン検出アルゴリズム(touchdown-detection algorithm)は、タッチダウンを判定する場合に、ＨＤＤセルフテスト(HDD self-test)中にＨＤＤを制御するために一般に用いられる。理想的には、このようなタッチダウン検出アルゴリズムは、外部の測定装置を必要とせずにＨＤＤによって実行され得る。タッチダウン検出に外部装置が――既にＨＤＤセルフテストのために必要とされる電源供給や機械的なサポート以外は――必要とされない場合、ＨＤＤテストプロセスは非常に迅速に処理される。これは、各ＨＤＤのセルフテスト前のセットアップ(setup)及びセルフテスト後ブレイクダウン(breakdown)が不変のままであり得るためであり、これによってセルフテストプロセスの複雑化が回避される。加えて、タッチダウン検出アルゴリズムは確実にタッチダウンを判定すべきである。低すぎるタッチダウンパワーが宣言(declare)あるいは検出（以下、検出と称する）されると、Ｒ／Ｗへ度は最適な高さよりも高く浮上しており、読み出し／書き込み品質も低下する。高すぎるタッチダウンパワーが検出されると、Ｒ／Ｗヘッドは最適な高さよりも低く浮上しており、望ましくないヘッド／ディスク接触(head/disk contact)及びこのフィールドでの失敗をもたらしかねない。さらに、タッチダウン検出アルゴリズムは、Ｒ／Ｗヘッド位置のロバスト(robust)な調整のための測定プロセスの間、Ｒ／Ｗヘッド及びディスク表面へのダメージを最小化するため、過度のヘッド／ディスク接触を必要とするべきではない。
【０００５】
タッチダウンを判定する多数の方法が当業者に知られている。アプローチの一つとして、ＤＦＨパワーが増加されるのに伴って、リードチャネル(read channel)変動ゲイン増幅器(variable gain amplifier)（ＶＧＡ）のゲインを観測すること、及びＤＨＦパワーが更に増加してもＶＧＡゲインに大きな減少が生じなくなった時点でタッチダウンを検出することがある。しかしながら、ＶＧＡゲインが減少する点を検出するには、ＤＦＨパワーは最初のヘッド／ディスク衝突の点を通り過ぎなくてはならないが、これは望ましくない。他のアプローチは、Ｒ／Ｗヘッドの近くにマイクロフォンを取り付けてＨＤＤの音響出力を観測すること、及び所定のレベルの音響出力が検出された時点でタッチダウンを検出することを伴う。マイクロフォンの取り付け及び取り外しはセルフテストプロセスのためのＨＤＤのセットアップを著しく複雑化するため、この方法もまた望ましくない。他のアプローチは、ＤＦＨパワーが増加されるのに伴って、Ｒ／Ｗヘッドのサーボ(servo)トラック誤登録(track misregistration)（ＴＭＲ）全体を観測すること、及びＴＭＲが特定のレベルを超えた時点でタッチダウンを検出することを伴う。ＶＧＡゲインを用いるアプローチのように、正確なタッチダウンの判定には、ディスクとの最初の接触の点を通り過ぎてＲ／Ｗヘッドをオーバードライブ(overdrive)することが必要とされる。従って、このアプローチもまたタッチダウンの判定には望ましくない。更に他のアプローチでは、読み出し信号(read signal)の変調(modulation)がＲ／Ｗヘッドから観測され、特定のレベルの変調に達すると、タッチダウンが検出される。同様にこの方法も、ディスクとの最初の接触を過ぎてＲ／Ｗヘッドをオーバードライブすることを必要とする。
【０００６】
以上の観点から、追加の測定装置を必要とせずにＨＤＤによってセルフテストプロセス中に実行可能であり、不要なヘッド／ディスク接触を要しない信頼性の高いタッチダウン検出の方法が必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、新規且つ改善された、磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウンの検出方法、および読み出し／書き込みヘッドのタッチダウン・ダイナミック・フライハイト・パワー設定の決定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態は、周波数領域において位置エラー信号を評価することによって磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウンを検出する方法を提供する。この実施形態では、周波数領域における選択された周波数帯内の離散的な周波数のそれぞれにおける位置エラー信号の分散に基づいて、タッチダウンが検出される。この周波数帯は、タッチダウンにおいても変化しない位置エラー信号スペクトラムの各部、あるいはタッチダウンに関係しない他の理由によって変化する位置エラー信号スペクトラムの各部が無視されるように選択される。
【０００９】
この実施形態は下記の方法を含む。
【００１０】
（１）ベースライン位置にある磁気ヘッドのベースライン位置エラー信号を測定するステップと、
前記磁気ヘッドの他の位置エラー信号を更に測定するステップであって、前記磁気ヘッドは更なる測定ごとに前記磁気記録メディアに継続的に近づいて位置決めされる、測定するステップと、
前記ベースライン位置エラー信号と他の位置エラー信号のそれぞれを時間領域から周波数領域へ変換するステップと、
前記周波数領域において選択された周波数帯内の離散的な数の周波数それぞれにおける位置エラー信号の分散から計算された組み合わされた分散値に基づいてタッチダウンを検出するステップと、
を備える、磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウン検出方法。
【００１１】
（２）前記磁気ヘッドを前記ベースライン位置から前記ベースライン位置より前記記録メディアに近い第１の位置へ駆動し、前記磁気ヘッドが前記第１の位置にある状態で前記他の位置エラー信号を測定するステップと、
前記磁気ヘッドを前記第１の位置から前記第１の位置より前記記録メディアに近い第２の位置へ駆動し、前記磁気ヘッドが前記第２の位置にある状態で前記他の位置エラー信号を測定するステップと、
を更に備える（１）に記載の方法。
【００１２】
（３）タッチダウンが検出されるまで、前記磁気ヘッドを前記記録メディアに継続的に近づく複数の位置へ駆動し、前記複数の位置において前記他の位置エラー信号を測定するステップを更に備える（２）に記載の方法。
【００１３】
（４）前記選択された周波数帯は２０００Ｈｚより大きい下限を有する（１）に記載の方法。
【００１４】
（５）前記組み合わされた分散値は前記各分散の合計である（１）に記載の方法。
【００１５】
（６）前記位置エラー信号の分散はそれぞれ、前記選択された周波数帯内の特定の周波数における前記他の位置エラー信号のいずれかと前記ベースライン位置エラー信号との間の分散である（５）に記載の方法。
【００１６】
（７）前記位置エラー信号の分散はそれぞれ、２つの継続的に測定された他の位置エラー信号間の分散である（５）に記載の方法。
【００１７】
（８）温度を測定するステップと、
タッチダウンが検出された時の前記磁気ヘッドの駆動パワーを記録するステップと、
前記温度及び前記記録された駆動パワーに基づいて前記磁気ヘッドを調整するステップと、
を更に備える（１）に記載の方法。
【００１８】
（９）磁気ヘッドを第１の位置へ駆動するステップと、
前記第１の位置にある前記磁気ヘッドの第１の位置エラー信号を測定するステップと、
前記磁気ヘッドを第２の位置へ駆動するステップと、
前記第２の位置にある前記磁気ヘッドの第２の位置エラー信号を測定するステップと、
前記第１、第２の位置エラー信号のそれぞれを、時間領域から周波数領域へ変換するステップと、
前記周波数領域において２０００Ｈｚより大きい下限を用いて周波数帯を選択するステップと、
前記選択された周波数帯内の離散的な周波数の数それぞれにおける前記第１及び第２の位置エラー信号に基づいて、タッチダウンが生じたかを判定するステップと、
を備える、磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウン検出方法。
【００１９】
（１０）タッチダウンが生じたと判定されると、前記磁気ヘッドを前記第２の位置へ駆動するのに必要とされたパワー設定を記録するステップを更に備える（９）に記載の方法。
【００２０】
（１１）タッチダウンが生じたと判定されると、前記磁気ヘッドを第３の位置へ駆動し、前記第３の位置にある前記磁気ヘッドの第３の位置エラー信号を測定するステップを更に備える（９）に記載の方法。
【００２１】
（１２）前記第３の位置エラー信号を時間領域から周波数領域へと変換するステップと、
前記周波数領域において選択された周波数帯内の離散的な周波数の数それぞれにおける前記第３の位置エラー信号と１又は複数の他の位置エラー信号との間の差分を評価することによって、タッチダウンが生じたかを判定するステップと、
を更に備える（１１）に記載の方法。
【００２２】
（１３）前記１又は複数の他の位置エラー信号は、前記第２の位置エラー信号を含む（１２）に記載の方法。
【００２３】
（１４）前記１又は複数の他の位置エラー信号は、前記第１の位置エラー信号を含む（１３）に記載の方法。
【００２４】
（１５）前記１又は複数の他の位置エラー信号は、ベースライン位置エラー信号を含む（１２）に記載の方法。
【００２５】
（１６）前記判定するステップは前記周波数領域において選択された周波数帯内の離散的な周波数の数それぞれにおける前記第１及び第２の位置エラー信号の分散から計算される組み合わされた分散値に基づいてタッチダウンが生じたかを判定する（９）に記載の方法。
【００２６】
（１７）前記組み合わされた分散値は前記各分散の合計である（１６）に記載の方法。
【００２７】
（１８）前記選択された周波数帯は、前記位置エラー信号のナイキスト周波数において上限を有する（１７）に記載の方法。
【００２８】
本発明の他の実施形態は、読み出し／書き込みヘッドのタッチダウン・ダイナミックフライハイト（ＤＦＨ）・パワー設定の決定方法を提供する。この実施形態では、多数の異なる技術がタッチダウンの検出に用いられ、この異なる技術それぞれについて、タッチダウンが検出されるとＤＦＨパワー設定が記録される。記録されたＤＦＨパワー設定で最も低いものがタッチダウンＤＦＨパワー設定として選択される。
【００２９】
他の実施形態は下記の方法を含む。
【００３０】
（１９）複数の異なる方法を用いてタッチダウンを検出するステップと、
前記異なる方法のそれぞれについて、タッチダウンが検出されたらダイナミック・フライハイト・パワー設定を記録するステップと、
記録されたダイナミック・フライハイト・パワー設定のうち最も低いダイナミック・フライハイト・パワー設定を、タッチダウン・ダイナミック・フライハイト・パワー設定として選択するステップと、
を備える読み出し／書き込みヘッドのタッチダウン・ダイナミック・フライハイト・パワー設定の決定方法。
【００３１】
（２０）前記検出ステップは異なる方法のうち一つにおいて、周波数領域における位置エラー信号の分散に基づいてタッチダウンを検出する（１９）に記載の方法。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、新規且つ改善された磁気ヘッドと記録メディア間のタッチダウンの検出方法、および読み出し／書き込みヘッドのタッチダウン・ダイナミック・フライハイト・パワー設定の決定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本明細書中に述べられる発明の各実施形態から恩恵を受け得るディスクドライブの斜視図。
【図２】磁気記憶ディスクを説明する図。
【図３】磁気記憶ディスクの面上に位置付けられたＲ／Ｗヘッドの概略側面図。
【図４Ａ】ベースラインＰＥＳ周波数分布のグラフ。
【図４Ｂ】ベースラインＰＥＳ周波数分布上に重ね合わされたＰＥＳ周波数分布のグラフ。
【図４Ｃ】ベースラインＰＥＳ周波数分布上に重ね合わされた２つのＰＥＳ周波数分布のグラフ。
【図５Ａ】ＤＦＨパワーに対して測定されたＰＥＳ分散のグラフ。
【図５Ｂ】ＤＦＨパワーに対して測定されたＰＥＳ分散のグラフ。
【図６】本発明の一実施形態による、磁気記憶ディスクに対するＲ／Ｗヘッドのタッチダウンを判定する方法を説明するフロー図。
【図７】本発明の一実施形態による、磁気記憶ディスクに対するＲ／Ｗヘッドのタッチダウンに対応するＤＦＨパワーを判定する方法を説明するフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の各実施形態は、ベースライン(baseline)位置エラー信号(position error signal)（ＰＥＳ）及びＤＦＨ制御信号を徐々に増加させた後に測定されたＰＥＳの周波数領域において分散を判定することによって、Ｒ／Ｗヘッドとディスクの間のタッチダウンを検出する方法を意図するものである。
【００３５】
周波数領域において分散を定量化するには、ベースラインＰＥＳ及び与えられたＤＦＨ制御信号について生じた各ＰＥＳの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）が用いられる。一実施形態において、帯域制限された(band-limited)ＰＥＳ分散がタッチダウンに対する感度を向上させるのに用いられてもよく、この場合、ＤＦＴスペクトルの選択された部分についてのみ分散が測定される。
【００３６】
図１は、本明細書中に述べられるように、本発明の各実施形態から恩恵を受け得るディスクドライブ１１０の斜視図である。明確化のため、ディスクドライブ１１０は、トップカバー無しで図示されている。ディスクドライブ１１０は、スピンドルモータ１１４によって回転される磁気記憶ディスク１１２を含む。スピンドルモータ１１４は、ベースプレート１１６上に取り付けられている。アクチュエータアームアッセンブリ(actuator arm assembly)１１８は、同様にベースプレート１１６上に取り付けられ、フレクシャアーム(flexure arm)１２２に取り付けられたＲ／Ｗヘッド１２０を含む。フレクシャアーム１２２は、ベアリングアッセンブリ(bearing assembly)１２６を軸として回転するアクチュエータアーム１２４に取り付けられている。ボイスコイルモータ(voice coil motor)１２８は、磁気記憶ディスク１１２に対してＲ／Ｗヘッド１２０を動かし、これによってＲ／Ｗヘッド１２０が、磁気記憶ディスク１１２の面１１２Ａ上に配置された所望の同心データ記憶トラック上で位置付けられる。スピンドルモータ１１４、Ｒ／Ｗヘッド１２０、及びボイスコイルモータ１２８は複数の電子回路１３０に接続され、複数の電子回路１３０はプリント基板(printed circuit board)１３２上に取り付けられる。電子回路１３０は、リードチャネル(read channel)、マイクロプロセッサを用いるコントローラ、及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有する。説明の明確化のため、ディスクドライブ１１０は単一の磁気記憶ディスク１１２及びアクチュエータアームアッセンブリ１１８を伴って図示されているが、ディスクドライブ１１０は、多数のディスク１１２及び多数のアクチュエータアームアッセンブリ１１８を備えてもよい。
【００３７】
図２は、当業者に周知である通常の方法で編成されたデータを有する磁気記憶ディスク１１２を説明する図である。磁気記憶ディスク１１２は、データを記憶するための複数の同心のデータ記憶トラック２４２を含む。同心のデータ記憶トラック２４２はそれぞれセンターラインとして概略的に図示されているが、同心のデータ記憶トラック２４２のそれぞれは、対応するセンターラインの周囲に有限の幅を取る。磁気記憶ディスク１１２は放射状に配置された複数のサーボスポーク(servo spoke)２４４を含み、サーボスポーク２４４はサーボウェッジ(servo wedge)とも称される。サーボスポーク２４４は、同心のデータ記憶トラック２４２を横切り、同心のデータ記憶トラック２４２のサーボセクタ(servo sectors)にサーボ情報を記憶する。所望のトラック２４２上でヘッド１２０の位置を定めるため、読み出し及び書き込み動作中に、Ｒ／Ｗヘッド１２０によってサーボ情報が読み出される。明確化のため、少数の同心のデータ記憶トラック２４２とサーボスポーク２４４が示されている。通常、磁気記憶ディスク１１２上に含まれる同心のデータ記憶トラック２４２及びサーボスポーク２４４の実数は、相当に大きい。
【００３８】
図３は、磁気記憶ディスク１１２の面１１２Ａ上に位置決めされたＲ／Ｗヘッド１２０の概略的な側面図である。Ｒ／Ｗヘッド１２０は、読み出しヘッド３６０、書き込みヘッド３７０、及びエアベアリング面(air bearing surface)（ＡＢＳ）３２０を含み、ＡＢＳ３２０は、磁気記憶ディスク１１２の面１１２Ａに面する。矢印３０１方向の磁気記憶ディスク１１２の回転は、Ｒ／Ｗヘッド１２０のＡＢＳ３２０との間にエアベアリングを発生させる。ディスクドライブ１１０の動作中は、エアベアリングはフレクシャアーム１２２によるサスペンションによって生じる微小なばね力とつり合い、面１１２ＡからのＲ／Ｗヘッド１２０の浮上量３３０を小さくほぼ一定に保つ。最近のＨＤＤでのデータ記憶に用いられる高い線密度では、浮上量３３０は一般に１０ナノメートルに満たず、３ナノメートル程度の小ささであってもよい。
【００３９】
動作中には、フレクシャアーム１２２上に配置された熱的又は機械的な浮上量アクチュエータ（図示せず）が、最適な浮上量３３０を維持するための必要に応じて面１１２Ａ上でＲ／Ｗヘッド１２０の鉛直方向の位置を変動させる。浮上量アクチュエータは、電子回路１３０に含まれる浮上量コントローラによって制御される。浮上量コントローラは、浮上量アクチュエータに与えられるＤＦＨ制御信号を増加又は減少させて、Ｒ／Ｗヘッド１２０を段階的に面１１２Ａに近づけ、又は面１１２Ａから遠ざける。ここで、ＤＦＨ制御信号は、デジタル・アナログ変換器(digital-to-analog converter)（ＤＡＣ）のカウント単位で測定される。例えば、与えられたＤＦＨ制御信号が最小値、すなわち０ＤＡＣカウントである場合、浮上量３３０はその最大値をとる。タッチダウン判定アルゴリズムの目的は、実際の、又は差し迫ったＲ／Ｗヘッド１２０と面１１２Ａとの接触をもたらす、浮上量アクチュエータに与えられるＤＡＣカウントの数を数値化することである。
【００４０】
所望の同心の記憶トラック２４２上でのＲ／Ｗヘッド１２０の正確な配置は、位置エラー信号（ＰＥＳ）によって観測される。当業者に広く知られているように、磁気記憶ディスク１１２がＲ／Ｗヘッド１２０に接近して回転する際に、サーボスポーク２４４内に位置するサーボバースト(servo burst)によってＰＥＳが生成される。電子回路１３０内の、マイクロプロセッサを用いるコントローラは、ＰＥＳによって、所定の同心データ記憶トラック２４２に対するＲ／Ｗヘッド１２０の位置を判定できる。上述の通り、本発明の各実施形態は、ベースラインＰＥＳスペクトルに対する周波数領域においてＰＥＳの特定の分散を検出することによってＲ／Ｗヘッド１２０のタッチダウンを検出することを意図するものである。
【００４１】
図４Ａは、ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１のグラフ４００を示す。ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１は、例えば０ＤＡＣカウントにおいて等、Ｒ／Ｗヘッド１２０が面１１２Ａに近接していないと分かる場合に、Ｒ／Ｗヘッド１２０によるトラック追従中に生成されたＰＥＳの離散フーリエ変換（ＤＦＴ）である。グラフ４００の横軸はＰＥＳの周波数を表し、０から１０，０００Ｈｚの範囲をとる。グラフ４００の縦軸は、ＰＥＳのスペクトル成分のスケールされた大きさを表す。図４に示す例では、ＰＥＳ周波数分布４０１は、およそ９５００Ｈｚで終わっているが、これは約１５０のサーボウェッジを有し１２０Ｈｚで回転するＨＤＤのナイキスト周波数である。タッチダウン検出に用いられるＰＥＳ周波数分布の周波数レンジはＰＥＳのナイキスト周波数の関数として変動するだろうこと、またナイキスト周波数は与えられたＨＤＤの設計及び動作に応じて異なることが、当業者には認識されるだろう。
【００４２】
ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１の値は、様々な方法で得られ得る。一実施形態において、磁気記憶ディスク１１２の１又は複数のラン(runs)についてのＰＥＳは、Ｒ／Ｗヘッド１２０が磁気記憶ディスク１１２の面１１２Ａから離れて位置している間に測定され、各周波数における異なるラン間でのＰＥＳの平均値がＰＥＳ周波数分布４０１を生成するのに使用される。１回のランは、磁気記憶ディスク１１２の区別可能で不連続な回転であると見なされる。従って、全てのＰＥＳ測定は、０ＤＡＣカウントでのＤＦＨ制御信号を用いて行われる。他の実施形態においては、多数のランにわたってＰＥＳが測定され平均値が求められ、ＰＥＳ周波数分布４０１が生成される。ここで、それぞれのランの実行に際して、Ｒ／Ｗヘッド１２０は面１１２Ａからわずかずつ異なる高さに位置付けられる。例えば、最初のランに対して０ＤＡＣカウントでのＤＦＨパワーが、２回目のランに対して１ＤＡＣカウントが、３回目のランに対して２ＤＡＣカウントが用いられるといったようにして、１０回のランが利用されてもよい。ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１を定める他の適切な方法が、本明細書の開示を読んだ当業者によって考案されてもよい。
【００４３】
図４Ｂは、ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１に重ね合わされたＰＥＳ周波数分布４２１のグラフ４２０を示す。ＰＥＳ周波数分布４２１は、図３における面１１２ＡへのＲ／Ｗヘッドの１２０の最初のタッチダウンにおいて測定される。ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１と同様に、ＰＥＳ周波数分布４２１を得るため、ＰＥＳ出力の多数のランにわたる平均値が求められてもよい。あるいは、ＰＥＳ周波数分布４２１は多数のランの平均であってもよく、この場合、分散の１又は複数の最大値と分散の１又は複数の最小値は平均化の前に排除される。いずれの場合でも、ＤＦＨパワーはそれぞれのランで同じＤＡＣカウントに保持される。このようにして、ＰＥＳ周波数分布４２１を生成するのに用いられる全てのランについて、Ｒ／Ｗヘッド１２は面１１２Ａに対して同じ位置に保たれる。図４Ｂに示された例では、ＰＥＳ周波数分布４２１は１１６ＤＡＣカウントにおけるＰＥＳ出力を表し、ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１は０ＤＡＣカウントにおけるＰＥＳ出力を表す。図４Ｂに描かれるように、２つのスペクトルは、９．３ｋＨｚ付近のＰＥＳ周波数分布４２１の顕著なピークを除いてほとんど同じである。このＰＥＳ出力のエネルギーにおける高周波の増加は、Ｒ／Ｗヘッド１２０と面１１２Ａとの最初のタッチダウンを表す。
【００４４】
図４Ｃは、ベースラインＰＥＳ周波数分布４０１に重ね合わされたＰＥＳ周波数分布４３１、４３２のグラフ４３０を示す。ＰＥＳ周波数分布４３１は、１２０ＤＡＣカウントにおいて測定される、すなわちＲ／Ｗヘッド１２０が、１１６ＤＡＣカウントにおいて生じた最初のタッチダウンを超えて４ＤＡＣカウント分、面１１２Ａに対してオーバードライブされた後に測定される。ＰＥＳ周波数分布４３２は、１２４ＤＡＣカウントにおいて測定される。図４Ｃ示すように、特にＰＥＳスペクトルの高周波数部で、Ｒ／Ｗヘッド１２０が面１１２Ａに対して更にオーバードライブされると、ＰＥＳ周波数分布は重要な周波数帯で変化し続ける。
【００４５】
タッチダウン時に生じることが示された、ＰＥＳ周波数分布の定量化可能な変化が与えられると、ベースラインＰＥＳスペクトルに対する測定されたＰＥＳスペクトルに基づいてタッチダウンを検出するのに、多くの数値的な方法が用いられ得る。一実施形態では、測定されたＰＥＳスペクトルとベースラインＰＥＳスペクトルの間の分散が所定の量を超えると、タッチダウンが検出される。分散は、全周波数におけるＰＥＳの大きさの差分の単純和であってもよいが、あるいは好ましくは、各周波数において二乗されたＰＥＳの大きさの差分の、平均の全周波数にわたる和であってもよい。あるいは、測定されたＰＥＳスペクトルの大きさの合計が、ベースラインＰＥＳスペクトルの大きさと比較されてもよい。ベースラインＰＥＳスペクトルと測定されたＰＥＳスペクトルの間の分散を計算する他の方法は、当業者には容易に考案できる。しかしながら、分散を数値化するため、二乗されたＰＥＳの大きさの差分の平均値を加算することは、振幅の増加とベースラインに対する測定されたＰＥＳスペクトルの減少の両方を含むことで、タッチダウン検出アルゴリズムの感度を好都合に増加させる。これは、最初のタッチダウンにおいてダンピングや他の効果のために、ベースライン値よりも低下する周波数があるためである。従って、場合によっては、ＰＥＳの合計のＰＥＳエネルギーが、最初にタッチダウンが生じても顕著には増加しないこともあり得、合計のＰＥＳエネルギーの増加に基づく分散の計算は、タッチダウンの検出を遅らせかねない。式１は、ベースラインＰＥＳスペクトルから、所定のＤＦＨパワーすなわちＤＡＣカウントにおいて測定されたＰＥＳスペクトルの分散を数値化する一例を与える。
【数１】
2010040163.tif 000003
【００４６】
ここで、ｎはＰＥＳスペクトルにおいて測定される離散周波数の数であり、ＰＥＳｊは離散的な各周波数ｊでのＰＥＳの大きさである。
【００４７】
上述のように、一実施形態において、測定されたＰＥＳスペクトルとベースラインＰＥＳスペクトルの間の分散が所定の値を超えるとタッチダウンが検出される。例えば式１のように、いったん分散が計算されると、タッチダウンは多数の数値的な方法に基づいて検出されてもよい。例えば、測定されたＰＥＳスペクトルの分散が１．５といった所定の増倍率(multiplicative factor)分ベースラインＰＥＳ分散を超える第１のＤＦＨパワーがタッチダウンパワーとして検出されてもよい。あるいは、測定されたＰＥＳスペクトルの分散がベースラインＰＥＳ分散を定量だけ超える第１のＤＦＨパワーがタッチダウンパワーとして検出されてもよい。本明細書中の開示を読んだ当業者は、所与のＨＤＤの設定とＨＤＤ製造のためのプロセス制御要求に基づいてタッチダウンパワーを検出するための適当な選択基準を考案できる。一実施形態において、タッチダウンが検出されたら１又は複数の確認ラン(confirmation run)も実行されてよく、検出されたタッチダウンパワーにおけるＰＥＳが再測定される。
【００４８】
一実施形態では、ＰＥＳスペクトルの限られた部分が、タッチダウンを判定するのに用いられる、すなわち、帯域制限されたＰＥＳ分散が計算される。このようにして、タッチダウン検出アルゴリズムの感度が大幅に向上するが、これはタッチダウンにおいても変化しないＰＥＳスペクトルの各部、あるいはタッチダウンに関係しない他の理由によって変化するＰＥＳスペクトルの各部が当該アルゴリズムによって無視されるためである。図４Ｂ、４Ｃを再び参照すると、タッチダウンにおいて生じるＰＥＳスペクトルの変化は、スペクトルの限られた部分、すなわち、約６ｋＨｚとＰＥＳのナイキスト周波数の間の高周波領域で見出される。発明者はＰＥＳスペクトルの低周波領域、特に０〜２０００Ｈｚの周波数領域では、分散にとって支配的であるのは、タッチダウンに関連しない他の雑音源であって、スピンドルモータの振動（５００〜８００Ｈｚ）、試験台の振動（数十〜数百Ｈｚ）、及びディスクフラッピングモード(disk-flapping mode)とアームアッセンブリモード(arm assembly mode)（１〜２ｋＨｚ）が含まれるということを観測してきた。加えて、機械的に連結され、周波数がほぼ一致するこういった何らかの共鳴振動源から生成される低周波の拍動（一般に数十Ｈｚ）は、例えば１２１５Ｈｚのアームアッセンブリ振動モードと１２３０Ｈｚのディスク“アンブレラ(umbrella)”振動モードから生じる１５Ｈｚの拍動といった、ＰＥＳ信号の低周波分散の発生源を他にも生じさせ得る。
【００４９】
こういったＰＥＳ信号の低周波の分散は、帯域制限ＰＥＳ分散アルゴリズムに下限を選択することによって取り除くことができる。従って、タッチダウンアルゴリズムの信号雑音比が向上する。図５Ａは、ＤＡＣカウント単位で、ＤＦＨパワーに対して測定されたＰＥＳ分散のグラフ５０１を表し、各ＤＡＣカウントにおけるＰＥＳ分散は、式１を用いて周波数範囲全体にわたって測定されている。グラフ５０１に含まれる各データ点は、ベースラインＰＥＳスペクトルからの１つのＤＦＨパワーにおける測定されたＰＥＳスペクトルのＰＥＳ分散を表す。例えば、ＰＥＳ周波数分布４２１のＰＥＳ分散は、図５ＡではＶ４２１と表示されている。同様に、ＰＥＳ周波数分布４３１、４３２のＰＥＳ分散は、図５ＡではそれぞれＶ４３１、Ｖ４３２として表示されている。図示のように、タッチダウンが起こるまではＰＥＳ分散はほぼ一定であり、その後顕著に増加する。しかしながら、帯域制限ＰＥＳ分散アルゴリズムを同じデータセットに適用することにより、タッチダウンに関連するＰＥＳ分散の信号雑音比は、著しく増加する。
【００５０】
図５Ｂは、ＤＡＣカウント単位で、ＤＦＨパワーに対して測定されたＰＥＳ分散のグラフ５０２を示し、各ＤＡＣカウントにおけるＰＥＳ分散は、周波数範囲の限られた部分にわたって、すなわち限られたＰＥＳスペクトルにわたって測定されている。図５Ｂに示される例では、各ＤＡＣカウントについて分散を計算するのに用いられる周波数範囲は、６ｋＨｚとＰＥＳ信号のナイキスト周波数、すなわち約９．４ｋＨｚの間の帯域である。６ｋＨｚの下限によってタッチダウンに関係しないＰＥＳ分散が計算から排除されるため、アルゴリズムの信号雑音比は大幅に向上し、図５Ｂに示すように、タッチダウンの開始が１１６ＤＡＣカウントにおいて明瞭に示され、Ｖ４２１と表わされる。
【００５１】
タッチダウンは一般に、ＰＥＳ信号のナイキスト周波数の半分より高い周波数、すなわち５ｋＨｚ及びそれ以上のオーダーにおいて分散を生じさせることを、発明者は観測してきた。しかしながら、機械的なシステムにおいて起こり得る共鳴、例えば、機械的な部材の第１、第２、及び第３のねじれモード(torsion mode)、曲げモード(bending mode)等の機械系における多数の起こり得る共鳴のために、帯域制限ＰＥＳ分散アルゴリズムについてナイキスト周波数の半分で下限を用いることは、どのＨＤＤにも普遍的に適用できるとは見なされない。例えば、ＨＤＤの設計によっては、下限を２ｋＨｚあるいはそれ以下に下げることが好ましい。あるいは、ＨＤＤの設計によっては、図５Ｂに関して述べたように単一の高周波数帯ではなく、多数の周波数帯を含む帯域制限ＰＥＳアルゴリズムを用いてＰＥＳ分散を計算することが好ましい。例えば、各ＤＡＣカウントについて、４〜６ｋＨｚと８〜１０ｋＨｚの間でＰＥＳの偏差が計算されてもよい。本明細書の開示を読んだ当業者は、タッチダウンにおける特定のＨＤＤ設計の測定された動作に基づいてタッチダウンを検出するための帯域制限ＰＥＳアルゴリズムを考案することができる。
【００５２】
図６は、本発明の一実施形態による、磁気記憶ディスクに対するＲ／Ｗヘッドのタッチダウンを判定する方法６００を要約したフロー図である。ステップ６０１では、図１におけるＲ／Ｗヘッド１２０のようなＲ／Ｗヘッドが、磁気記憶ディスクから最大の距離に位置付けられる。ディスクドライブ１１０については、これはＤＦＨパワーを０、すなわち０ＤＡＣカウン、に減少させることで達成される。
【００５３】
ステップ６０２では、ベースラインＰＥＳが測定され、当業者によく知られた方法でＤＦＴに変換される。ベースライン測定は、磁気記憶ディスクの多数の回転に基づいてもよい。上述のように、ベースラインＰＥＳ測定は、Ｒ／Ｗヘッドがディスク上のある高さに位置づけられている間に行われてもよい。あるいは、Ｒ／Ｗヘッドがディスクの表面に向かってゆっくりと高度を下げるに伴って、ベースラインＰＥＳ測定がＰＥＳに基づいてもよい。一実施形態において、ベースラインＰＥＳ測定は、早いほうの所定数のＤＡＣカウントにわたるＰＥＳの移動平均(running average)又は累積平均(accumulated mean)であってもよい。
【００５４】
ステップ６０３では、Ｒ／Ｗヘッドは１以上のＤＡＣカウント分、ディスクの表面に向かって降下する。タッチダウンの最大分解能を得るためなら、Ｒ／Ｗヘッドは１ＤＡＣカウント分降下する。場合によっては、ＤＡＣカウントごとにＰＥＳ測定を実行しては過度に時間がかかりかねないため、ステップ６０３でＲ／Ｗヘッドは、代わりに２又はそれ以上のＤＡＣカウント分降下してもよい。
【００５５】
ステップ６０４では、ＰＥＳが測定され、当業者に良く知られた方法でＤＦＴに変換される。ＰＥＳ分散はその後、測定されたＰＥＳとベースラインＰＥＳに基づいて計算される。一実施形態において、ＰＥＳ周波数スペクトル全体が、ＰＥＳ分散の計算に用いられる。他の実施形態では、ＰＥＳ周波数スペクトルの限られた部分が、ＰＥＳ分散の計算に用いられる。さらに別の実施形態では、ＰＥＳ周波数スペクトルの複数の部分が、ＰＥＳ分散を計算するのに用いられる。
【００５６】
ステップ６０５では、タッチダウン判定が行われる、すなわち、ステップ６０４で算出されたＰＥＳ分散がタッチダウン基準と比較される。一実施形態において、測定されたＰＥＳスペクトルとベースラインＰＥＳスペクトルの間の分散が所定量を超えると、タッチダウンが検出される。他の実施形態では、測定されたＰＥＳスペクトルがベースラインＰＥＳスペクトルの大きさを所定の増倍率だけ超えるとタッチダウンが検出される。タッチダウンが起こらなければ、ステップ６０３に戻る。タッチダウンが起こると、ステップ６０６に続く。ステップ６０６では、タッチダウンが検出される。
【００５７】
最近のＨＤＤにおけるディスク間隔、温度及びトラック配置へのＲ／Ｗヘッドの感度によれば、方法６００は、複数の温度及び／又はトラック配置においてＲ／Ｗヘッドのタッチダウンの調整のために用いられてもよい。従って、方法６００は与えられたＲ／Ｗヘッドに対して何回も繰り返されてもよい。一実施形態において、方法６００は、ディスクの内径及び外径近くに配置された１又は複数のトラックにおいてタッチダウンを判定するのに用いられる。この実施形態では、残りのトラックに対するタッチダウンパワーは、当業者に知られた方法によって補間される。他の実施形態では、方法６００は磁気記憶ディスクの面上に配置された各トラックについてタッチダウンを判定するのに用いられる。一実施形態においてタッチダウンは、１又は複数のトラックについて複数の温度において方法６００を用いて判定されるが、例えば０℃と５０℃において、又は磁気記憶ディスクの動作温度範囲を合理的にカバーする温度の組み合わせにおいて判定される。この磁気記憶ディスクの動作温度範囲は０℃から６０℃である。他の実施形態では、単一の温度において１又は複数のトラックについて方法６００を用いてタッチダウンが判定される。異なる温度における各トラックについてのＤＦＨ制御信号パワーがその後、信号振幅又は調和比測定といった相対間隔測定について技術的に知られた方法によって判定される。
【００５８】
方法６００は、従来のテスト環境、すなわち製造設定において行われてもよい。しかしながら、ＨＤＤが方法６００を行うには追加の測定装置が必要とされないため、ＨＤＤは必要と思われるときにはいつでも方法６００を行ってもよい。例えば、ＨＤＤは、ＨＤＤが起動する都度、又はＨＤＤの寿命を通じて周期的に、１又は複数のトラックに対して方法６００を行ってもよい。あるいはＨＤＤは、特定の状況下で、例えばＨＤＤがある温度に達するたびに、１又は複数のトラックに対して方法６００を行ってもよい。
【００５９】
ＰＥＳ分散の使用は、本明細書中に述べられるように、タッチダウンを判定するための当業者に知られた方法よりも多数の利点をもたらす。第１に、ＨＤＤがタッチダウン判定を行うのに外部装置が必要とされない。第２に、ＰＥＳ分散に基づくタッチダウン判定アルゴリズムは、特に二乗されたＰＥＳの大きさの差分の平均値を合計する場合、及び／又は、ＰＥＳ周波数スペクトルの限られた部分を用いてＰＥＳ分散を計算する場合に、タッチダウンを判定するための信頼性の高い方法を提供する。第３に、最小限のヘッド／ディスク接触が必要とされる。例えば、磁気記憶ディスクの内径及び外径付近のトラックについてのタッチダウンの測定は、残りのトラックについてのタッチダウンが数学的に算出されることを可能とする。
【００６０】
Ｒ／Ｗヘッドのタッチダウンパワーが不正確に検出されて低くなりすぎると、すなわちＲ／Ｗヘッドが“オーバードライブ”されると、ＨＤＤが、例えば低気圧や高温等の非標準的な条件下で動作するようになるまでＲ／Ｗヘッドが通常どおり動作し続け、突然に故障する可能性が大きい。このような危険を抑えるため、多数のタッチダウン判定方法がＲ／Ｗヘッドに対して行われてもよいことが意図されている。タッチダウンパワーはそこで、どの方法でもそのタッチダウン基準を満たすような最低のＤＦＨパワー設定となるよう決定される。例えば図６の方法６００は、技術的に知られた他のタッチダウン検出スキームとともに行われ得る。そのようなスキームの一つは、ＤＦＨパワーの増加に伴って、リードチャネルＶＧＡのゲインを観測し、ＤＦＨパワーが更に増加してもＶＧＡゲインに大きな減少が生じなくなった時点でタッチダウンを検出することである。その他のスキームとしては、マイクロフォンをＲ／Ｗヘッドの近くに取り付けてＨＤＤの音響出力を観測し、所定のレベルの音響出力が検出された時点でタッチダウンを検出することがある。その他のスキームとしては、ＤＦＨパワーの増加に伴って、Ｒ／ＷヘッドのサーボトラックＴＭＲ全体を観測し、ＴＭＲが特定のレベルを超えた時点でタッチダウンを検出することがある。その他のスキームとしては、Ｒ／Ｗヘッドからの読み出し信号の変調を観測して、特定のレベルの変調に達した時点でタッチダウンを検出することがある。
【００６１】
図７は、本発明の一実施形態による、多数のタッチダウン検出スキームを用いて、磁気記憶ディスクに対するＲ／Ｗヘッドのタッチダウンを判定する方法７００を要約したフロー図である。ステップ７０２では、図６に示す方法６００を用いてタッチダウンが検出される。ステップ７０４では、方法６００についてのタッチダウンパワー、すなわちタッチダウンにおけるＤＦＨパワーレベルが記録される。ステップ７０６では、上述のように技術的に知られた１又は複数の方法、すなわちＤＦＨパワーを増加させながらのＶＧＡゲイン、音響出力、サーボトラックＴＭＲ、及び／又は読み出し信号の変調の観測、を用いてタッチダウンが判定される。ステップ７０８では、付加される方法毎にタッチダウンパワーが記録される。ステップ７１０では、ステップ７０４と７０８から最低の記録されたＤＦＨパワー設定が、Ｒ／Ｗヘッドの磁気記憶ディスクに対するタッチダウンパワーとしてセットされる。
【００６２】
上記の記載は本発明の各実施形態を対象にしているが、本発明の他の更なる実施形態が本発明の基本的な範囲を逸脱することなく考案されてもよく、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００６３】
１１０…ディスクドライブ、１１２…磁気記憶ディスク、１１４…スピンドルモータ、１１６…ベースプレート、１１８…アクチュエータアームアッセンブリ、１２０…Ｒ／Ｗヘッド、１２２…フレクシャアーム、１２４…アクチュエータアーム、１２６…ベアリングアッセンブリ、１２８…ボイスコイルモータ、１３０…電子回路、１３２…プリント基板。
【図１】
2010040163.tif 000004
【図２】
2010040163.tif 000005
【図３】
2010040163.tif 000006
【図４Ａ】
2010040163.tif 000007
【図４Ｂ】
2010040163.tif 000008
【図４Ｃ】
2010040163.tif 000009
【図５Ａ】
2010040163.tif 000010
【図５Ｂ】
2010040163.tif 000011
【図６】
2010040163.tif 000012
【図７】
2010040163.tif 000013