JPH06267200A

JPH06267200A - 磁気記録信号処理装置

Info

Publication number: JPH06267200A
Application number: JP5532693A
Authority: JP
Inventors: Toru Kazawa; 徹加沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-09-22

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、非線形特性を有する磁気ヘ
ッドに最適なデータ判別方法を提供することである。【構成】等化波形のゼロクロス点の検出回路と、上記
ゼロクロスタイミングを入力としボーレートの２倍のク
ロックを生成するＰＬＬと、上記ＰＬＬの出力を２分周
し２つの位相の異なるボーレートクロックを生成する分
周器と、上記２つのクロックから受信波形を用いて１つ
のクロックを選択して識別および復号回路に接続する回
路を設ける。また、ブランチメトリックを可変出力でき
るテーブルを持ち、Ａ／Ｄコンバーターの出力またはブ
ランチメトリックテーブルの内部データまたはその出力
を用いてブランチメトリックの値を適応制御する。【効果】本発明によれば、非線形特性を有する磁気ヘ
ッドにより読みだされた磁気記録情報を低い誤り率で再
生可能である。このため磁気記録機器の信頼性を飛躍的
に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録装置の信号再
生に適応可能な信号処理装置に関する。特に、磁気抵抗
効果ヘッドから得られる信号の再生に最適な方法を提供
する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録装置の信号読みだしヘッドから
得られる信号の例を図２に示す。この信号は、ヘッドが
磁界の変化の大きさを検出し、電圧として出力するもの
である。通常、記録時には、データ１で磁化反転させ、
データ０で磁化反転させないようにするため、読み出し
時には、データ１で大きな磁界の変化を検出する。した
がって、出力電圧が正側または負側に大きなピークを持
つことになる。また、磁界の反転は、Ｎ極からＳ極、Ｓ
極からＮ極へ交互に反転するため、正側と負側のピーク
も交互となる。さて、読み出し信号は、電磁変換系の周
波数特性や雑音重畳により歪が発生する。さらに、デー
タ１が連続するとピークの位置が符号間干渉のため移動
するピークシフトが発生し、さらに歪を大きくする。信
号再生時には、この様な信号から誤りなくデータ識別用
タイミングクロックを抽出し、データ１とデータ０を判
別しなければならない。

【０００３】ところで、２値データに過去のデータとの
相関を加えて符号化するパーシャルレスポンス符号を、
磁気記録装置に適用することができる。パーシャルレス
ポンス符号からのデータ判別方法の従来例として、ビタ
ビ復号法と呼ばれる方法で、ビットごとの判別ではな
く、数ビットまたは十数ビットの受信データから、最も
符号則に合致した受信系列を推定する方法がある。この
時、歪や雑音が加算された受信レベルがある論理値に対
応する確率が計算され、この値はブランチメトリックと
呼ばれる。このブランチメトリックを積算することで、
受信した可能性のある多くの系列から、最も受信した確
率の高い系列が選ばれる。このブランチメトリックは雑
音分布および信号レベルを固定したロジック回路で実現
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】磁気記録装置にパーシ
ャルレスポンス符号を適用する際の課題が２点ある。

【０００５】第１の課題は識別タイミングクロックの抽
出法である。図２に示すように、読みだし波形は３値の
波形となり、データ識別点に一致したゼロクロス点と、
半クロック位相のずれたゼロクロス点の両方が発生す
る。このため、従来用いられてきたゼロクロス検出法で
はデータ識別点にのみ一致したタイミングクロック抽出
が困難となる。本発明の第１の目的は３値波形から簡便
な方法で識別タイミング抽出を行う方法を提供すること
である。

【０００６】第２の課題は磁気ヘッドの特性の非線形性
の補正である。図２に示すように、磁界の変化に対して
得られる出力電圧は、正側（＋１）と負側（−１）で非
対称になる。しかもこの歪はヘッドごとに大きくばらつ
く。したがって従来の固定ブランチメトリック計算によ
るビタビ復号器では対応することができない。本発明の
第２の目的は、ばらつきの大きい非線形歪を持つ信号に
適用されるビタビ復号法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の第１の目的を達成
するために、等化波形のゼロクロス点の検出回路と、上
記ゼロクロスタイミングを入力としボーレートの２倍の
クロックを生成するＰＬＬと、上記ＰＬＬの出力を２分
周し２つの位相の異なるボーレートクロックを生成する
分周器と、上記２つのクロックから受信波形を用いて１
つのクロックを選択して識別および復号回路に接続する
回路を設ける。この構成の詳細は特願平１−１４１０１
６および２−６５８に記載されている。

【０００８】上記の第２の目的を達成するために、ビタ
ビ復号器を構成するブランチメトリック生成回路を、外
部制御により出力するブランチメトリックの値を可変に
できる回路に置き換える。さらに、受信信号から信号歪
を推定し、ブランチメトリックの値を最適に書き換える
制御部を設ける。

【０００９】

【作用】上記第１の手段において、ＰＬＬによりまずす
べてのゼロクロス点に同期したボーレートの２倍のクロ
ックを抽出し、同クロックを分周して２つの位相の異な
るボーレートクロックを生成する。２つのクロックのう
ち一方は識別点に位相が一致した正しいクロックであ
り、他方は１８０度位相のずれたクロックである。受信
信号を用いて識別点に一致したクロックを選択する方法
は複数考えられ、詳細は前記公知文献に記載されてい
る。

【００１０】上記第２の手段において、制御部は受信信
号のレベルの受信頻度を測定し、受信頻度の大きい３つ
のレベルを、＋１，０，−１とみなして、最大のブラン
チメトリックの値を割り当てる。長時間の測定を行えば
各レベルの頻度をそのまま雑音分布とみなすことができ
る。この情報をもとに頻度の大きいレベルはブランチメ
トリックを大きく、頻度の小さいレベルはブランチメト
リックを小さく設定し、定期的に、あるいは初期立ち上
げ時にブランチメトリックの値を制御する。

【００１１】ここで、制御部は受信レベル測定部と基準
テーブルと両者の比較回路から構成される。

【００１２】受信信号はアナログ・ディジタルコンバー
ター（以下Ａ／Ｄと略す）により数ビット長のワードに
変換される。各ワードごとにカウンターを設け、あるワ
ードすなわちある受信レベルが検出されるごとに対応す
るカウンターをインクリメントする。こうして受信レベ
ル頻度が測定できる。一方、基準テーブルはレベル頻度
とブランチメトリックを対応付ける機能を果たす。基準
テーブルには、初期値たとえば非線形歪なし、雑音が２
乗分布する場合の各ワードの検出頻度が記録されてお
り、この値と対応する前記カウンターの値を比較して、
書き換えるブランチメトリックの値を決める。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例におけるシステム構成例を図
９に示す。本構成例は、磁気記録媒体１０１、磁気読み
だしヘッド１０２、等化器１、タイミング抽出部１０
３、識別器１０４、復号部１０５から構成される。磁気
記録媒体１０１に記録された信号は、磁気読みだしヘッ
ド１０２により電気信号に変換され、等化器１で波形歪
を補正され、等化信号よりタイミング抽出部１０３にて
識別クロックを抽出し、識別器１０４にて前記識別クロ
ックを用いて等化波形からデータを識別し、復号部１０
５にて符号化されて記録されていたデータよりバイナリ
ーデータを得る。さらに、タイミング抽出部１０３は、
ゼロクロス検出部１０６、ＰＬＬ１０７、分周器１０
８、選択部１０９から構成される。ＰＬＬ１０７はゼロ
クロス検出部１０６を入力とし、すべてのゼロクロス点
に同期したボーレートの２倍のクロックを出力する。同
クロックを分周器１０８にて分周して２つの位相の異な
るボーレートクロックを生成する。２つのクロックのう
ち一方は識別点に位相が一致した正しいクロックであ
り、他方は１８０度位相のずれたクロックである。選択
部１０９は受信信号を用いて識別点に一致したクロック
を選択する。この選択方法は複数考えられ、詳細は前記
公知文献に記載されている。

【００１４】以下、復号部１０５の実施例を詳細に示
す。図１は復号部１０５の第１の実施例である。本実施
例は、等化器１、Ａ／Ｄ２、ブランチメトリック制御部
３、ビタビ復号器４、タイミング抽出部１０３から構成
されている。ここで、Ａ／Ｄ２は図９における識別器１
０４に、ブランチメトリック制御部３およびビタビ復号
器４は復号部１０５にそれぞれ対応する。また、ビタビ
復号器４は、ブランチメトリックテーブル５、アッド・
コンペアー・セレクト回路６（以下ＡＣＳと略す）、パ
スメモリー７から構成される。受信信号は等化器１によ
り、線形の符号間干渉が除かれた後、Ａ／Ｄ２により数
ビット長のディジタルワードに変換される。ブランチメ
トリック制御部３は受信信号のレベルの受信頻度を測定
し、受信頻度の大きい３つのレベルを、＋１，０，−１
とみなして、最大のブランチメトリックの値を割り当て
る。また、長時間の測定を行えば各レベルの頻度をその
まま雑音分布とみなすことができる。この情報をもとに
頻度の大きいレベルはブランチメトリックを大きく、頻
度の小さいレベルはブランチメトリックを小さく設定
し、定期的に、あるいは初期立ち上げ時にブランチメト
リックテーブル５の値を書き換える。このブランチメト
リックはＡＣＳ６において積算され、受信した可能性の
ある複数の系列から最も受信した確率の高い系列がパス
メモリ７から選ばれる。

【００１５】図３には図１の実施例におけるブランチメ
トリック制御の１実施例を示した。ブランチメトリック
制御部３は、受信レベル分布測定部１１と正規分布テー
ブル１２と比較器１３．１−１３．ｎより構成され、受
信レベル分布測定部１１はデコーダー１４とカウンター
１５．１−１５．ｎから構成される。また、正規分布テ
ーブル１２は、頻度テーブル１６．１−１６．ｎから構
成される。一方、ブランチメトリックテーブルは、デコ
ーダー１４、ブランチメトリック記憶回路１７．１−１
７．ｎ、セレクター１８より構成される。

【００１６】Ａ／Ｄ２により数ビット長のディジタルワ
ードに変換された受信信号は、ブランチメトリック制御
部３内のデコーダー１４に入力され、対応するワードす
なわち対応する受信レベルのカウンター１５がインクリ
メントされる。こうして受信レベル頻度が測定できる。
一方、基準テーブル１２はレベル頻度とブランチメトリ
ックを対応付ける機能を果たす。頻度テーブル１６．１
−１６．ｎに、初期値たとえば非線形歪なし、雑音が２
乗分布する場合の各ワードの検出頻度が記録されてお
り、この値と対応する前記カウンター１５．１−１５．
ｎの値を比較して、最適なブランチメトリックの値を決
め、ブランチメトリック記憶テーブル１７．１−１７．
ｎの値を書き換える。これら記憶テーブルは、ＲＡＭで
構成することもできるし、ランダムロジックで組んだい
くつかのテーブルを切り替える方法でも実現できる。

【００１７】一方で、受信信号はブランチメトリック制
御部３内のデコーダー１４と全く同じデコーダー１４に
入力され、対応するワードすなわち対応する受信レベル
のブランチメトリック記憶テーブル１７の出力がセレク
ター１８を通して出力される。この操作により、図２に
示す＋１，０，−１のレベルの非線形性や、レベルに依
存する雑音分布の正規分布からのずれを反映して最尤復
号が可能である。

【００１８】図４には図１の実施例におけるブランチメ
トリック制御の別の実施例を示した。ブランチメトリッ
ク制御部３は、受信レベル分布測定部１１と基準分布テ
ーブル２０と比較器１３．１−１３．ｎより構成され、
受信レベル分布測定部１１はデコーダー１４とカウンタ
ー１５．１−１５．ｎから構成される。また、基準分布
テーブル２０は、可変頻度テーブル２０．１−２０．ｎ
から構成される。一方、ブランチメトリックテーブル
は、デコーダー１４、ブランチメトリック記憶回路１
７．１−１７．ｎ、セレクター１８より構成される。

【００１９】図３記載の実施例との違いは、基準テーブ
ル２０の内容が固定値ではなく、受信レベル頻度測定部
１１の出力に応じて値が更新されることである。最初、
可変頻度テーブル２１．１−２１．ｎには、雑音が２乗
分布する場合の各ワードの検出頻度が記録されている
が、この値と対応する前記カウンター１５．１−１５．
ｎの値の比較を比較器１３．１−ｎにて行い、最適なブ
ランチメトリックの値を決めた後、ブランチメトリック
記憶テーブル１７．１−１７．ｎの値と共に、可変頻度
テーブルの値も書き換える。

【００２０】一方で、受信信号はブランチメトリック制
御部３内のデコーダー１４と全く同じデコーダー１４に
入力され、対応するワードすなわち対応する受信レベル
のブランチメトリック記憶テーブル１７の出力がセレク
ター１８を通して出力される。この部分の動作は図３の
実施例と全く同じである。レベル頻度の測定時間を長く
することで制御の精度を上げようとすると、カウンター
１５に大容量のものが必要になり回路のハード量が増え
てしまうが、本実施例のように比較器１３の出力を用い
て頻度テーブル２１の内容を微調整することで比較的小
さいテーブル容量でも精度の高い制御が可能である。

【００２１】図５には図１の実施例におけるブランチメ
トリック制御の第３の実施例を示した。ブランチメトリ
ック制御部３は、受信レベル分布測定部１１と基準分布
テーブル２０と比較器１３．１−１３．ｎより構成さ
れ、受信レベル分布測定部１１はスイッチデコーダー２
２とカウンター１５．１−１５．ｎから構成される。ま
た、基準分布テーブル２０は、可変頻度テーブル２０．
１−２０．ｎから構成される。一方、ブランチメトリッ
クテーブルは、スイッチデコーダー２２、ブランチメト
リック記憶回路１７．１−１７．ｎ、セレクター１８よ
り構成される。

【００２２】図４記載の実施例との違いは、ブランチメ
トリック記憶テーブル１７．１−１７．ｎの内容は固定
値であり、可変機能はブランチメトリック記憶回路１
７．１−１７．ｎと受信振幅を示すディジタルワードの
対応関係を組み変えることにより実現されることであ
る。Ａ／Ｄ２により数ビット長のディジタルワードに変
換された受信信号は、ブランチメトリック制御部３内の
スイッチデコーダー２０に入力され、対応するワードす
なわち対応する受信レベルのカウンター１５がインクリ
メントされる。こうして受信レベル頻度が測定できる。
そして、可変頻度テーブル２１．１−２１．ｎには、雑
音が２乗分布する場合の各ワードの検出頻度が記録され
ているが、この値と対応する前記カウンター１５．１−
１５．ｎの値の比較を比較器１３．１−ｎにて行い、最
適なブランチメトリックの値を決めた後、ブランチメト
リック記憶テーブル１７．１−１７．ｎの値と共に、可
変頻度テーブルの値も書き換える。さらに、一方で、受
信信号はブランチメトリック制御部３内のスイッチデコ
ーダー２０と全く同じスイッチデコーダー２０に入力さ
れ、対応するワードすなわち対応する受信レベルのブラ
ンチメトリック記憶テーブル１７の出力がセレクター１
８を通して出力される。本実施例ではブランチメトリッ
ク記憶回路１７の内容自体は書き換えず、受信振幅とメ
トリックの対応を切り替えによって変えるだけなので比
較的簡単な回路で実現できる。

【００２３】図６には復号部１０５の第２の実施例を示
す。本実施例は、等化器１、Ａ／Ｄ２、補正回路４０、
ブランチメトリック制御部３、ビタビ復号器４タイミン
グ抽出部１０３から構成される。また、ビタビ復号器４
は、ブランチメトリックテーブル５、ＡＣＳ６、パスメ
モリー７から構成される。図１記載の実施例との違い
は、ブランチメトリック制御がブランチメトリックテー
ブル５の出力を用いてフィードバックループで行われる
点である。ブランチメトリック制御部３はブランチメト
リックテーブル５の出力を用いて＋１，０，−１の各レ
ベルに対応する非線形誤差を検出し、補正回路４０でこ
の補正を行う。フィードバック型にすることで少ない制
御量で誤差の小さい補正が可能である。

【００２４】図７には図６の実施例におけるブランチメ
トリック制御部３および補正回路４０の１実施例を示
す。補正回路３１は加算器４１、セレクター４２、判定
器４３より構成される。制御部３０は最小値検出回路４
４、マスク回路４５、平均化回路４６、平方根出力回路
４７、乗算器４８から構成される。

【００２５】ブランチメトリックテーブル５からは、受
信レベルと＋１，０，−１との誤差の２乗がそれぞれブ
ランチメトリックとして出力される。最大値検出回路４
４が３つの誤差の値を比較し、最も小さいものを等化誤
差とみなして対応するゲート回路４５を開く。こうし
て、平均回路４６ａには＋１の２乗等化誤差だけが、ま
た平均回路４６ｂには−１の２乗等化誤差だけが入力さ
れるので、積分により平均２乗誤差が求められる。ま
た、平方根計算回路４７は＋１，０，−１に対応する２
乗誤差すべてについて平方根を計算し、その後に平均化
することにより０レベルの補正値を求めることができ
る。この補正値に乗算器４８にて＋／−１の２乗誤差を
かけることにより、＋／−１の補正値も求められる。セ
レクタ４２は判定器４３の粗判定に従って＋１，０，−
１のいずれかの補正値を選択し、加算器４１で補正値を
引き去って非線形誤差を補正する。

【００２６】図８には復号部１０５の第３の実施例を示
す。本実施例は、等化器１、Ａ／Ｄ２、制御部３０、ビ
タビ復号器４、タイミング抽出部１０３から構成され
る。また、ビタビ復号器４は、ブランチメトリックテー
ブル５、ＡＣＳ６、パスメモリー７から構成される。図
１記載の実施例との違いは、制御部３がブランチメトリ
ックテーブル内の中間演算結果を読みだしまたは書き込
むことにより、既に記述したフィードフォワード型の制
御もフィードバック型の制御も可能である点であり、制
御部３０はマイコンで実現するのに適している。その
際、マイコンの入出力速度は必ずしも高速ではないた
め、ブランチメトリックテーブル５内に高速ＲＡＭを装
備し、ディスク媒体から読みだしたデータは一旦ＲＡＭ
に格納した後、低速クロックで制御部３０に転送するこ
とが必要である。同時にブランチメトリックテーブル５
は制御部３０の制御がかかるまで暫定のメトリックをＡ
ＣＳ６に出力する。非線形性補正に必要な計算はすべて
マイコン内で行っても良いし、外部インターフェースに
接続された計算装置を併用して行っても良い。この方法
は、出荷前の調整時や装置電源投入時にレベル受信頻度
の測定や最適メトリック値の計算を行っておき、通常動
作時は微小適応動作や複数用意したメトリックの切り替
え動作にとどめる場合に特に有効である。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、非線形特性を有する磁
気ヘッドにより読みだされた磁気記録情報を低い誤り率
で再生可能である。このため磁気記録機器の信頼性を飛
躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例。

【図２】磁気ヘッドの特性と信号振幅分布を示す図。

【図３】第１の実施例におけるブランチメトリック制御
の１実施例。

【図４】第１の実施例におけるブランチメトリック制御
の第２の実施例。

【図５】第１の実施例におけるブランチメトリック制御
の第３の実施例。

【図６】第２の実施例。

【図７】第２の実施例における制御の１実施例。

【図８】本発明の第３の実施例。

【図９】本発明の適用されるシステム構成例。

【符号の説明】

１…等化器、２…ＡＤコンバーター、３…ブランチメト
リック制御部、４…ビタビ復号器、５…ブランチメトリ
ックテーブル、６…ＡＣＳ、７…パスメモリー、１１…
受信レベル頻度測定部、１２…正規分布テーブル、１３
…比較器、１４…デコーダー、１５…カウンター、１６
…頻度テーブル、１７…ブランチメトリック記憶回路、
１８…セレクター、１９…タイマー、２０…基準テーブ
ル、２１…可変頻度テーブル、２２…スイッチデコーダ
ー、３０…制御部、３１…補正回路、４１…加算器、４
２…セレクター、４３…判定器、４４…最小値検出回
路、４５…マスク回路、４６…平均化回路、４７…平方
根出力回路、４８…乗算器、１０１…磁気記録媒体、１
０２…磁気ヘッド、１０３…タイミング抽出部、１０４
…識別回路、１０５…復号部、１０６…ゼロクロス検出
部、１０７…ＰＬＬ、１０８…分周器、１０９…選択
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気記録媒体と、前記媒体から信号を読み
だす磁気ヘッドと、前記読みだし信号を処理する等化器
と、等化波形のゼロクロス点の検出回路と、上記ゼロク
ロスタイミングを入力としボーレートの２倍のクロック
を生成するＰＬＬと、上記ＰＬＬの出力を２分周し２つ
の位相の異なるボーレートクロックを生成する分周器
と、上記２つのクロックから受信波形を用いて１つのク
ロックを選択して識別および復号回路に接続する回路
と、等化波形からディジタルデータを識別する回路を備
え、前記選択されたクロックを前記識別回路の識別クロ
ックとすることを特徴とする磁気記録信号処理装置。
【請求項２】磁気記録媒体と、前記媒体から信号を読み
だす磁気ヘッドと、前記読みだし信号を処理する等化器
と、ビタビ復号を備えた信号処理装置において、外部制
御回路により制御される出力可変のブランチメトリック
計算回路を備え、前記制御回路は前記ブランチメトリッ
ク計算回路の入力信号により制御量を決めることを特徴
とする磁気記録信号処理装置。
【請求項３】特許請求の範囲第２項の信号処理装置にお
いて、前記制御回路はブランチメトリック計算回路の出
力を用いて制御量を決めることを特徴とする磁気記録信
号処理装置。
【請求項４】特許請求の範囲第２項の信号処理装置にお
いて、前記制御回路はブランチメトリック計算回路の内
部データを用いて制御量を決めることを特徴とする磁気
記録信号処理装置。