单个磁阻传感器磁头／磁盘／通道自适应偏流系统技术方案

公开了一种自适应地控制作用于一个磁盘驱动器内的磁阻（ＭＲ）读磁头的偏流以提供对每一个磁头／磁盘／通道元件组合的最佳偏置的方法和设备。在制造的时候对每一个磁头确认并存储一个最佳偏流。在每一个加电操作中这些值被传送到随机存储器中，在每一次执行磁头转换命令时便访问这些值，以便根据活跃的磁阻磁头的最佳值作用偏流。通过通用误差测量电路来实现周期性地重新优化并更新存储的值。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用磁阻(MR)传感器磁头元件的磁存储设备，更具体地涉及为提高这种传感器元件的性能而控制偏流。磁阻磁头的尺寸在不断缩小，但公差却不象尺寸缩小得那么快。在一个典型的最近的设备的设计中，磁阻条的高度的公差显示±33％的改变，或者以最高与最低的比例来算，为2∶1的比例。再者，磁阻条的宽度(在电流方向上的长度)的公差为±20％。厚度的公差为±10％。如果这些被看作独立的误差，那么元件的总体的电阻误差约为±40％，或者说最高与最低的比例为2.33∶1。这样大尺度的偏差造成的一个问题是用普通的偏压方法，在同一设备中的不同磁头之间会造成能量耗散的很大差异。另外，由于电流的截面(条高乘以条厚)也有大幅度的变化，电流密度产生显著的变化。电迁移被认为是基本的故障机制。产品寿命与电流密度的立方成反比，并与温度成指数关系(过热不好)。因为普通的偏压方法使用一个对于所有的磁头都固定的直流电流(DC current)，所以条的高度低和层厚度薄会造成较高的电阻和较高的电流密度。这样造成的能量耗散会使温度的升高比起高而厚的条显著增大。这样温度与电流密度共同作用，并导致了条度度低而且薄的磁阻元件比起较高且较厚的元件其预期寿命短得多。另一项考虑是使电阻较高的因素同样也使信号电平较高。这样最高的信噪比出现在磁头电阻最高时。于是低的条高度，较薄的层及较宽的条导致好的信噪比，而高、厚、窄的条造成较差的信噪比。因此一个固定的偏流必须是信号好与寿命短的折衷。另一个问题是好的电子信噪比依赖于前置放大器的设计。由于可得到的电压的降低以及能量目标(power goal)的降低，前置放大器的设计受到了严重限制。现有的设计通常具有单一的+5伏电源(±5％)。由于有通过磁头及导线的电压降，磁头电阻的变化也限制了能够使用的偏流的量。这受到多个电阻和有源元件的限制，它们必须分裂前置放大器可利用的电压。如果在一个高电阻的磁头上流过过大的电流，前置放大器级就会饱和并使信号畸变，从而导致性能的下降。还有一个问题是有关于磁阻(MR)磁头中的导线的电阻渐增现象(GRIP)。最后的数据显示，在设备的使用期中电阻会比以前估计的要增加几个欧姆。因此，一个过于接近生产时的限制的设计会在产品的使用后期随着电阻的增大而使前置放大器饱和，并严重损害其性能。由元件的易变性，放大器电路的易变性，以及设备生命期中出现的电阻增大现象造成的包含磁阻传感器磁头的数据存储设备的电流偏置问题由一个对每个磁头/磁盘/放大器元件组的偏流进行优化的系统来解决。不仅如此，已经没有必要在生产时对设备的总体性能做折衷，因为在产品的整个使用期中定期地对偏流值做重新设置。偏流值与其它控制信息一起存储在磁盘表面上。当驱动器加电时，偏流值被传送到随机访问存储器中，每次使用一个不同的传感器磁头从介质上读取数据时便可以瞬时访问上述偏流值。周期性地，作为一个操作时预先确定的加电持续时间的函数，磁头/磁盘/放大器元件组被板上误差测量电路重新测试，以对每一个元件组的最佳偏流值重新校正，并更新所存的偏流值。这样，该设备在整个产品使用期中都在做自我稳定，大大减少了发生意外故障的可能。附图说明图1是一个典型硬磁盘数据存储设备的主要机械部分的局部剖视侧视示意图。图2是展示对磁盘驱动器的多个磁阻磁头进行单独偏流控制的电路图。图3是用来实现本专利技术的控制结构的方框示意图。图4是展示用来实现本专利技术的一个通用误差测量电路的方框图。图1是一个硬磁盘数据存储设备的示意图。转轴组件5和致动器组件6被装在支架7上。转轴组件包括一个转轴20，磁盘21被固定在20上做整体转动。可旋转的转轴组件5形成了一个无刷直流转轴电机的转子，该电机通常把定子部分同心地置于转轴转子中，并由支架7来支撑。致动器(actuator)组件6包含磁阻传感器磁头10a和10d，它们分别由弹性弯曲悬柄23及臂24来支承。臂24被固定成一组以便一同绕轴A旋转，使传感器磁头从一个磁道位置向另一个磁道位置移动。磁头/悬柄组件的转动由一个音圈电机(VCM)26推动，该电机中的音圈28由上臂24的延伸27支承，并伸进一个有一磁场通过的工作区间中，借此音圈中的直流电流使磁头/臂组件向一个方向旋转，而反方向的直流电流使磁头/臂组件向相反方向旋转。偏流问题是由一个对存贮设备中每一组磁头/磁盘/放大器元件的偏流进行优化，并允许在由寿命改变导致可能造成性能下降时对其进行重新优化的系统来解决的。该方案具有对几个前所未用的操作的改进。需要一种方法来确定怎样设置偏流值。还需要把每一个磁头的偏流值存储在磁盘上。该设备的传感器磁头使电流通过前置放大器流过磁头，并提供措施以检测磁头电路中的诸如开路或短路之类的问题。电压读数被存在一个数据库中，有一个程序来决定是需要增加还是要减少电流。图2显示了一串传感器磁头10a到10d，它们各自通过一个晶体管12a到12d接到导线16上，导线16接入一个前置放大器17。前置放大器的输出接到设备数据通道。被寻址的磁头通过相应的开关15a到15d连到导线16，并通过相应的开关14a到14d连到导线18上的偏流源。虽然开关14a到14d及15a到15d都被示意性地说明，但应该明白这些功能都是由使用半导体器件的开关电路完成的。反馈控制电路19被用来提供偏流，同时，电容器22和用来测量电容器两端的电压Vcap的与之并联的端子决定了磁阻磁头的电阻Vcap＝Ib·Rmr＋VbeRmr＝(Vcap-Vbe)/Ib磁阻磁头的偏流设定为该磁阻磁头的电阻的函数。但是，前置放大器模块之间公差的差别没有考虑在内，因此最大电流必须限制在适用于在整个容差范围内的所有前置放大器模块。如果对前置放大器电路也做补偿，就能获得更佳的优化值。为了对正常操作中的系统做等价信噪比测试，可以使用一个通用误差测量(Generalized Error Measurement-GEM)，它由美国专利申请第922591号示出、1992年7月30日提交，题目是“ErrorMeasurement Circuit”(误差测量电路)，并转让给了同一受让人。该GEM系统设计成为磁盘驱动器提供执行板上测试的能力，这一测试过去是通过把数据存储和恢复系统连接到诸如数字示波器和逻辑分析仪之类的测试设备上完成的。GEM电路的标准功能之一是确定样本偏离其最佳值的均方差。这基本上提供了一个信噪比的测度，因为此时数据的振幅已经被正规化到一个给定的基准电平上。GEM电路这里被用来确定最适用于每一个磁头/磁盘组合的均衡器。用同样的方法，可以用它来找出最佳的偏流。图3显示了一个使用GEM电路的包含于本专利技术的磁盘驱动器的部分方框图，图4是GEM电路33的方框图。控制由设备微处理器30和从GEM33的误差测量电路接受输入的磁头/磁盘组件控制器31来完成。响应由GEM电路处理的误差值，由传送到臂电子线路的前置放大电路17的一个三位信号来设定偏流。典型的响应于磁阻磁头电阻值的电流值Ib如下Rmr(欧姆)Ib(毫安)读取的偏置位＞40 6.5 0 0 035-40 8.0 0 0 130-35 9.5 0 1 025-30 11.0 0 1 120-25 12.5 1 0 0DRP14.0 1 0 1DRP15.5本文档来自技高网...

【技术保护点】
在一个把数据记录在一个介质表面上的磁道内的、包含至少一个磁阻（ＭＲ）传感器读磁头的磁数据存储设备中，自适应地控制读磁头的偏流的方法，其特征在于包括： 对每一个磁阻磁头确定一个最佳的偏流值； 存储所述最佳的偏流值； 根据所存储的值为活跃的磁头提供一个偏流值； 周期性地对每个磁阻磁头重新确定所述最佳的偏流值； 修正存储的偏流值，使之与重新确定的最佳的偏流值一致。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1993-12-16 1686301.在一个把数据记录在一个介质表面上的磁道内的、包含至少一个磁阻(MR)传感器读磁头的磁数据存储设备中，自适应地控制读磁头的偏流的方法，其特征在于包括对每一个磁阻磁头确定一个最佳的偏流值；存储所述最佳的偏流值；根据所存储的值为活跃的磁头提供一个偏流值；周期性地对每个磁阻磁头重新确定所述最佳的偏流值；修正存储的偏流值，使之与重新确定的最佳的偏流值一致。2.根据权利要求1的自适应控制方法，其特征在于所述存储偏流值的步骤包含把所述的值存在磁盘介质表面，以及所述方法还包含在设备的加电序列中把所述偏流值从磁盘存储器传送到随机访问存储器的步骤。3.根据权利要求2中的自适应控制方法，其特征在于所述为活跃的磁阻磁头提供一个偏流值的步骤包含在每一次磁头转换命令的时候访问在所述随机访问存储器中的偏流值，以及根据所存储的值提供一个偏流值。4.在一个把数据记录在一个介质表面的磁道内的、并包含至少一个磁阻(MR)传感器磁头的磁数据存储设备中，其中针对每一个磁阻磁头/磁盘元件组合都存储了一个最佳的偏流值，自适应地控制读磁头偏流的方法，其特征在于包含根据各自所存的偏流值对活跃的磁阻磁头提供一个偏流值；周期性地为多个磁阻磁头中的每一个重新确定最佳的偏流值；以及修正所述存储的偏流值，使之与重新确定的最佳的偏流值一致。5.根据权利要求4中的自适应控制方法，其特征在于所述数据存储设备把所述最佳偏流值存储在一个磁盘介质表面，还包含在加电操作中把偏流值从磁盘表面传送到所述存储设备内的活跃存储器中的步骤。6.根据权利要求4的自适应控制方法，其特征在于重新确定最佳偏流值的步骤是在确定了自紧接在上一次重优化步骤发生以来已经经过了一个预先确定的所述设备加电操作的时间段之后才进行的。7.一种磁盘数据存储设备，其特征在于包括至少一个磁盘存储介质；至少一个磁阻(MR)传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：JA克里斯特纳，EA卡宁汉姆，GJ柯尔温，JM波斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]