DE10309126A1 - Zeitbasiertes Servopositionierverfahren - Google Patents

Abstract

Servopositioniersysteme, -verfahren, -formate und zusammen mit diesen verwendete Datenaufzeichnungsmedien, die zusätzliche Zeitreferenzinformationen verwenden, um die Störanfälligkeit in Bezug auf zeitbasierte Fehler, wodurch Geschwindigkeitsveränderungen erzeugt werden, zu verringern.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur zeitbasierten Servopositionierung im Zusammenhang mit linearen Datenaufzeichnungsmedien, wie beispielsweise einem Magnetband.
• Moderne Datenspeichersysteme verwenden Servopositionier-(oder "Servo"-)systeme zum Führen ihrer Aufzeichnungs- und Wiedergabekomponenten relativ zu einem Aufzeichnungsmedium, wodurch eine hohe Spurdichte ermöglicht wird, die wiederum die Datenspeicherkapazität erhöht. Fehler beim Verfolgen der Servopositioniersignale auf dem Medium können zu einer nicht akzeptablen Verschlechterung der Speicherkapazität, der Aufnahme/Wiedergaberaten und anderer Parameter führen, die für den Endverbraucher (und somit auch für die Systemhersteller) wichtig sind.
• Bei einer Art von Servomustern oder Servoformaten für lineare Magnetbandaufzeichnungssysteme werden sogenannte zeitbasierte Servotechniken verwendet, die beispielsweise in US-A-5 689 384, US-A-5 930 065 und US-A-6 021 013 beschrieben sind. Kommerzielle Magnetbandantriebe, wie beispielsweise das IBM-Modell 3570, und Antriebe, die unter den Handelsnamen "Ultrium" und "Accelius" bekannt sind, und den Linear Tape Open consortium entsprechen, verwenden zeitbasierte Servopositioniersysteme.
• Zu den Vorteilen zeitbasierter Servosystemen zählen unter anderem ein sehr breiter, dynamischer Bereich, eine inhärente Spuridentifikation, ein geringer DC-Mittellinienfehler und die Fähigkeit, die Gültigkeit des Positionsfehlersignals (PES) anhand der Amplitude des Servosignals zu qualifizieren. Zu den Nachteilen zählen unter anderem die hohe Empfindlichkeit in Bezug auf die Bandgeschwindigkeit während des Beschreibens, die Empfindlichkeit hinsichtlich Hochfrequenzgeschwindigkeitsfehlern während des Lesens und die geringe Skalierbarkeit sehr kleiner Spurabstände.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Servopositionierverfahren zu schaffen, welche die Störanfälligkeit hinsichtlich zeitbasierter Fehler verringert.
• Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Servopositionierverfahren nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Servopositionierverfahrens.
• Allgemein kann die vorliegende Erfindung in zeitbasierten Servopositioniersystemen, Servopositionierverfahren und Servopositionierformaten oder in Datenaufzeichnungsmedien, die für diese verwendet werden, verkörpert werden, weshalb die vorliegende Offenbarung auch in dieser Hinsicht verstanden werden sollte, selbst wenn nur ein Beispiel einer bestimmten Ausführungsform genauer beschrieben ist. Ferner bezieht sich die vorliegende Offenbarung gemäß wohl bekannter Prinzipien sowohl auf analoge als auch auf digitale Signale. Folglich sind die Bezeichnungen "Signal", "Daten" und dergleichen untereinander austauschbar und beziehen sich sowohl auf analoge als auch auf digitale Informationsdarstellungen.
• In der Grundausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Servopositioniersystem für ein Datenaufzeichnungsmedium zusammen mit einem linearen Datenaufzeichnungsmedium, vorzugsweise einem magnetischen Aufzeichnungsband, verwendet. Auf das Medium sind ein Zeitreferenzsignal (beispielsweise ein Hochfrequenz-AC-"Pilotton") und ein herkömmliches, zeitbasiertes Servosignal geschrieben beziehungsweise auf diesem aufgezeichnet. Ein geeigneter Schaltkreis reagiert separat auf die beiden Signale, so dass diese voneinander getrennt werden können. Der Schaltkreis erzeugt Positionsfehlersignale durch Abtasten des zeitbasierten Servosignals mit einer Abtastrate und erhöht die Bandbreite des Zeitreferenzsignals ferner über die Abtastrate. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die beiden zuvor genannten Signalarten auf der gleichen Stelle des Aufzeichnungsmediums aufgezeichnet, wobei das Hochfrequenz-Pilottonsignal derart aufgezeichnet ist, dass seine Frequenz in einem Wiedergabenulldurchgang des zeitbasierten Servopositioniersystems angeordnet ist. Dies kann durch jede geeignete Technik erfolgen, wobei jedoch gemäß der bevorzugten Ausführungsform bevorzugt ist, dass beide Signale zueinander in unterschiedlichen Azimutwinkeln (d. h. relativ zum Wiedergabekopf des Systems) aufgezeichnet werden.
• Die beiliegenden Zeichnungen zeigen ein Beispiel einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken.
• Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2a, 2b und 3 sind schematische Ansichten geometrischer Aspekte der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform. Fig. 2b ist eine vergrößerte Ansicht desjenigen Bereiches der Fig. 2a, der durch den mit der Bezugsziffer 2b bezeichneten Kreis gekennzeichnet ist.
• Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren Aspektes der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
• Fig. 5 und 6 sind schematische Diagramme einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Allgemein kann die vorliegende Erfindung durch ein Gesamtsystem zur Datenaufzeichnung und Datenwiedergabe einschließlich der Kombination eines Antriebs und eines linearen Aufzeichnungsmediums oder allein durch den Aufzeichnungsmediumbereich eines derartigen Systems verkörpert werden, oder sie kann durch Verfahren zum Aufzeichnen oder zur Wiedergabe von Daten in Kombination mit dem Datenaufzeichnungsmedium verkörpert werden. Während die nachfolgende Beschreibung mitunter nur auf einen Aspekt eines Gesamtsystems (beispielsweise nur das Aufzeichnungsmedium) abstellt, um die bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, sei darauf hingewiesen, dass es sich hier lediglich um ein Beispiel und nicht um eine Einschränkung des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung handelt. Es sollte klar sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung weitere Aspekte des Systems, die von seiner Beschaffenheit abhängen, wie beispielsweise von Kombinationen des Mediums und des Antriebes, und Verfahren zur Verwendung derartiger Kombinationen oder relevanter Bereiche solcher Kombinationen umfasst.
• Das in US-A-5 689 384 und US-A-6 021 013 beschriebene, zeitbasierte Servosystem ist aufgrund der Verwendung eines Referenzimpulses, der mit dem PES(Positionsfehlersignal)-Impuls verglichen wird, in gewisser Weise wenig störungsanfällig hinsichtlich Geschwindigkeitsfehlern oder zeitbasierten Fehlern beim Abspielen. Das System weist nur in gewisser Weise eine geringe Störungsanfälligkeit auf, da die natürliche, geringe Störanfälligkeit, die durch die Referenzstandardisierungsprozedur erzeugt wird, abnimmt, sobald die Frequenz des Geschwindigkeitsfehlers bis diejenige der Abtastrate des PES-Systems zunimmt.
• Datenaufzeichnungssysteme, die Bandmedien verwenden, können beträchtliche, zeitbasierte Fehler (auch als augenblickliche Geschwindigkeitsänderung oder ISV bekannt) bei Frequenzen nahe herkömmlicher Standard-PES- Abtastraten aufweisen. Die Erfindung verbessert die Zeitstandardisierungsfunktion (und verringert somit die Störanfälligkeit gegen ISV) linearer Datenaufzeichnungssysteme, indem die zeitbasierte Referenzbandbreite effektiv erhöht wird, bis diese größer als die PES-Abtastrate ist.
• Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Aufzeichnungssystems, das für diesen Ansatz geeignet ist und (allein zu Darstellungszwecken) magnetisches Aufzeichnungsband als bevorzugtes, lineares Aufzeichnungsmedium verwendet. Das Aufzeichnungssystem 20 umfasst eine Abwickelspule 21, ein Band 22, einen Pilottonaufzeichnungskopf 23, einen zeitbasierten Servoschreibkopf 24, einen Prüfkopf 25 und eine Aufwickelspule 26. Den Eingang des Pilottonaufzeichnungskopfes 23 bildet ein Ac- Fehlersignal 27. Den Eingang des zeitbasierten Servoschreibkopfes 24 bildet ein Stromimpulssignal 29. Der Prüfkopf 25 erzeugt ein Prüfsignal 30, das normalerweise in einem herkömmlichen Vorverstärker (nicht gezeigt) verstärkt wird, um dann als Eingangssignal 41 in der Fig. 4 (nachfolgend beschrieben) zu dienen.
• Fig. 2a und 2b zeigen schematisch ein Breitbandservoband der Höhe h, das ein durch den Pilottonaufzeichnungskopf 23 erzeugtes "Meer" eines hochdichten Pilottonsignals 2, das anschließend zur Verfolgung der Wiedergabegeschwindigkeit verwendet wird, überlagert. Die zeitbasierten Servoimpulse 6, die durch den zeitbasierten Servoschreibkopf 24 erzeugt werden, überschreiben dieses Tonsignal. Das Servomuster umfasst beispielsweise fünf Impulse 6 pro Abtastung 7. Das hochdichte Tonsignal wird von den Servoimpulsen größtenteils nicht beeinflusst, da die Servoimpulse unter Verwendung einer return-to-zero-Technik geschrieben wurden, so dass der Schreibstrom meist ausgeschaltet ist. Allgemein gesagt, wird das Hochfrequenzsignal 2 bei einer Wellenlänge aufgezeichnet, wobei seine Frequenz in einem Nulldurchgang des zeitbasierten Servopositioniersystems liegt.
• In der bevorzugten Ausführungsform werden die beiden Signale in unterschiedlichen Azimutwinkeln zueinander aufgezeichnet. Unter Bezugnahme auf Fig. 3 ist zu erkennen, dass bei einer vorgegebenen Lesespurbreite T_W und einem vorgegebenen Neigungswinkel θ ein natürlicher, räumlicher Frequenznulldurchgang bei einer Wellenlänge λ_HF vorliegt, die proportional zur Lesespurbreite und zum Tangens des Neigungswinkels θ ist, also λ_HF = T_W × tan (θ) gilt.
• Indem das Pilottonsignal in dem Azimutnulldurchgang des zeitbasierten Servosignals angeordnet wird, ist es möglich, dass beide Signale nach geeignetem Filtern verfügbar sind. Zum Beispiel weist λ_HF bei einer vorgegebenen Lesespurbreite von 5 Mikrometern und einem Winkel θ von ± 8° die angemessene Dichte von 72.300 Flux-Wechseln pro Inch (fci) auf. Diese Dichte kann gut mit einem Band und einem Kopf erzielt werden, die für eine Datenaufzeichnung von größer als 150 kbpi ausgelegt sind. Bei einer Mediengeschwindigkeit von 2 Metern/Sekunde entspricht diese Dichte einer Frequenz von 2,8 MHz, wodurch eine PLL-Abtastungsbandbreite von mehr als 50 KHz oder nahezu der zehnfache Wert der typischen ISV- Resonanzfrequenz des Mediums erzielt wird. Hierbei handelt es sich lediglich um Beispiele und nicht um Einschränkungen des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung.
• Ein bevorzugtes System zur vollständigen Verwendung dieses Signalaufbaus ist schematisch in Fig. 4 als Schaltkreis 40 dargestellt. Der Schaltkreis empfängt ein Eingangssignal 41, das, wie zuvor beschrieben, durch einen herkömmlichen Lesekopfvorverstärker (nicht gezeigt) erzeugt wurde. Dieses Signal wird sowohl einem Bandsperr("Kerb")filter 42 als auch einem Bandpassfilter 44 zugeführt. Das Kerbfilter 44 eliminiert die hochdichte Pilottonkomponente, hat jedoch nur eine geringe Wirkung auf den Zeitimpuls; da die Filterkerbe die gleiche Frequenz wie die natürliche Azimutverlustkerbe aufweist. Der gefilterte Zeitimpuls wird anschließend normal verarbeitet, wie in US-A-6 021 013 beschrieben, jedoch mit einem wesentlichen Unterschied; die der Messung zugrunde liegende Zeitbasis, die normalerweise von einem externen Zeitgeber abgeleitet wird, wird von dem hochdichten Signal abgeleitet.
• Derjenige Bereich des Signals, der das Bandpassfilter 44 passiert, bildet den Eingang eines phase-locked-loop(PLL)-Schaltkreises 46, der ein zeitbasiertes Messsignal 50 für den zeitbasierten Demodulatorschaltkreis 43 erzeugt. Der Bandpass ist nur breit genug, um das Signal und seine vorweggenommenen FM-Seitenbänder durchzulassen, was beispielsweise in dem zuvor beschriebenen Fall 2,8 MHz ± 100 KHz entspricht. Diese enge 200-KHz- Bandbreite ist mehr als 11 db leiser als der reguläre Datenkanal, weshalb dieses Referenztonsignal ein gutes Rauchverhältnis aufweist, selbst wenn es bei einem geringen Niveau aufgezeichnet wurde (die geringere Lesespurbreite des Servoleserkopfschaltkreises verbessert dieses Schmalbandhochfrequenzsignal vielleicht nur um 8 db gegenüber dem Lesekanal bei der gleichen Dichte). Das PLL sperrt diese Frequenz und erzeugt einen Frequenzabtastreferenzzeitgeber für den zeitbasierten Servoerfassungsschaltkreis. Bei diesem Zeitgeber kann es sich um jedes rationalzahlige Vielfache des aufgezeichneten Tonsignals handeln. Beispielsweise beträgt das Referenzzeitgebersignal bei dem rationalzahligen Vielfachen von 107/3 2,8 MHz × 107/3 = 99,8 MHz.
• Das hochdichte Signal dient immer als ein Referenzsignal und weist somit Vorteile gegenüber der herkömmlichen "B-Intervall"-Referenz auf, die in US-A-6 031 013, insbesondere in Spalte 7, Zeile 30 bis Spalte 8, Zeile 2 beschrieben ist.
• Zum einen wird das Erfordernis des "B-Intervalls" vollständig eliminiert und durch das Erfordernis ersetzt, zu wissen, wann das "A-Intervall" (oder die Messperiode), wie in US-A-6 031 013 beschrieben, beginnt. Auf diese Weise wird eine höhere PES-Abtastrate ermöglicht, da die Eliminierung der Referenzmessung die Abhängigkeit von dem Formataufbau verringert. Zum anderen gibt es eine geringe PES-Abtastphasenverzögerung mit einem Faktor von etwa der Hälfte der Abtastzeit, da die zeitbasierte Referenz und die PES-Messung gleichzeitig bekannt sind und da das Servosystem eine Abtastverzögerung erfährt, als läge eine Phasenverschiebung vor. Auf diese Weise wird eine höhere Servoleistung ermöglicht.
• Bei der zuvor genannten, bevorzugten Ausführungsform und wie in US-A-6 021 013 beschrieben, werden mehrere PES-Signalbündel zusammen aufgezeichnet, wie beispielsweise in 4er- oder 5er-Gruppen. Der Abstand zwischen diesen Impulsen sollte derart sein, dass die Impulse auf bestimmte Phasen des Hochfrequenztonsignals fallen. Wenn beispielsweise der erste Impuls einer 4er-Impulsgruppe auf die 0°-Phase des Hochfrequenzsignals fällt, sollte der zweite Impuls auf die [plus N Zyklen] 90°-Phase des nächsten Impulses fallen. Ähnlich sollte der dritte Impuls auf die [plus N Zyklen] 180°- Phase und der vierte Impuls auf die [plus N Zyklen] 270°-Phase fallen. Da es sich bei dem PES um den Mittelwert dieser vier Werte handelt, kann jeder mögliche Fehler, der durch das Hochfrequenztonsignal erzeugt wird, gemäß bekannter Prinzipien durch Mittelung entfernt werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Pilottonsignal mit einer (vorzugsweise doppelten) Seitenband-AM-Komponente moduliert, ohne die Funktion der zeitlichen Einteilung zu beeinflussen, vorausgesetzt, die Modulation nähert sich nicht 100% negativ, was das gesamte Pilottonsignal negieren würde. Beispielsweise, wie in Fig. 5 dargestellt, wird das Pilottonsignal 27 durch Kombination eines AC-Fehlersignals 28 (beispielsweise ein Sinuswellensignal im Bereich von 80 bis 300 kfci) und eines Modulationsträgersignals 34 (beispielsweise ein Sinuswellensignal im Bereich von etwa 20 bis 100 kfci) gebildet. Der Modulationsinhalt kann lineare Positions(oder "LPOS-")daten oder die mit der Bezugsziffer 31 bezeichneten Hilfsdaten, beispielsweise Herstellungsdaten, und allgemeine Daten, wie beispielsweise Synchronisationssignale und Fehlerkorrektur/Erfassungsdaten, die mit der Bezugsziffer 32 bezeichnet sind, umfassen. Andere Inhalte können Codierungsdaten umfassen, die mit Bezugsziffer 33 bezeichnet sind, einschließlich einer "Zweiphasen-" oder Manchestercodierung NRZ, NRZI, PR4 und anderer bekannter Codierungstechniken; jedoch können Quadraturamplituden("I&Q")modulationsschemata nicht wünschenswert sein, da die Zeitsteuerungsaufgabe des Trägersignals ungünstig beeinflusst wird. Eine Manchestercodierung weist den Vorteil auf, dass die Codierung aufgrund des einfacher integrierten Zeitgeberaufbaus vereinfacht wird.
• Die Auflösung der linearen Positionsdaten kann beispielsweise 10 cm grob bis 1 cm fein sein, obwohl eine höhere Auflösung eine größere Bandbreite erfordert, die nicht wünschenswert ist, da sie die Robustheit des Signals verringert. Die Manchestercodierung würde beispielsweise bei einer digitalen Modulationsbandbreite (doppelseitig) des Pilottonträgersignals von etwa 10 KHz und einer Bandgeschwindigkeit von 2 m/s 2,5 kbps oder 1,25 bits/mm codieren. So würden 125 Bits auf eine Spannweite von 10 cm codiert werden, was für ein ordnungsgemäßes LPOS-Signal ausreichend ist. Weitere zufriedenstellendere Codierungsschemata können etwa 50 Bits/cm bei gleicher Bandbreite erzeugen.
• Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm des Empfängers dieser Ausführungsform. Das AM-Signal durchläuft zuerst das Bandpassfilter 44 und dient dann als Eingang des PLL-Schaltkreises 46, der seine Frequenz und Phase verfolgt. Die Hauptaufgabe dieses Eingangssignals besteht darin, die zeitbasierten Servoimpulse, wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform, zeitlich einzustellen und das AM-Signal mit Hilfe eines Analog-Multiplikators 47 synchron zu demodulieren. Das Ausgangssignal des Analog-Multiplikators 47 durchläuft der Reihe nach ein Tiefpassfilter 49; eine Erfassungsvorrichtung 51; einen Kanalcodedemodulator 52; eine geeignete Codierungseinrichtung 53 für Datenwörter, Synchronisiersignale und Fehlerkorrekturcodes, wenn verwendbar; und geeignete LPOS-Zähler und einen Hilfstextspeicher 54. Das Ergebnis ist ein Ausgangssignal 55, das der Antriebssteuerung des Systems (nicht gezeigt) zugeführt wird.

Claims (7)

1. Servopositionierverfahren zur Verwendung in einem Datenaufzeichnungssystem, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Schreiben eines zeitbasierten Servosignals und eines Zeitreferenzsignals mit einer Bandbreite auf ein lineares Datenaufzeichnungsmedium;

b) Erzeugen von Positionsfehlersignalen durch Abtasten des zeitbasierten Servosignals mit einer Abtastrate, und

c) Erhöhen der Bandbreite des Zeitreferenzsignals über die Abtastrate.

2. Servopositionierverfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt aufweist, dass die Messungszeitbasis zur Erzeugung der Positionsfehlersignale von dem Zeitreferenzsignal hergeleitet wird.

3. Servopositionierverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Schreiben des Zeitreferenzsignals das Schreiben einer AC-Frequenz umfasst, die in einem Nulldurchgang des zeitbasierten Servopositioniersystems liegt.

4. Servopositionierverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schreibschritt das Schreiben des Zeitreferenzsignals und des zeitbasierten Servosignals in unterschiedlichen Azimutwinkeln zueinander umfasst.

5. Servopositionierverfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das zeitbasierte Servosignal wenigstens eine Abtastung umfasst, die wenigstens zwei Impulse aufweist, wobei der Abstand zwischen den Impulsen derart ist, dass die Impulse auf bestimmte Phasen des Zeitreferenzsignals fallen.

6. Servopositionierverfahren nach Anspruch 5, bei dem jede Abtastung vier Impulse aufweist, wobei die vier Impulse jeweils um 90° zueinander phasenverschoben sind und ein erster Impuls auf eine 0°-Phase des Zeitreferenzsignals fällt.

7. Servopositionierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Schreibschritt ferner das Schreiben einer modulierten Seitenbandamplitudenkomponente in das Zeitreferenzsignal umfasst.