专利名称：用于在比特图形化介质中跟踪和定时的备选传感器的制作方法
用于在比特图形化介质中跟踪和定时的备选传感器背景技术与常规磁记录相比，比特图形化介质(BPM)上的磁记录被视为一种增大区 域记录密度的方式，同时能避免超顺磁性限制的问题。记录介质的表面包括岛 和槽的规则阵列。不同的几何形状有可能用于比特岛位置，包括交错的几何形 状。在比特图形化介质中，盘片上的磁材料被图形化成小的隔离的块或岛，使 得在每一个岛或"比特"中有单个磁畴。单个磁畴可以是单个晶粒或多个强耦 合的晶粒，这些强耦合晶粒作为单个磁体一致地交换磁状态。这与连续介质形 成对比，在连续介质中单个"比特"可以具有多个由畴壁隔开的磁畴。该介质 可以被构造成使得在多个块之间的区域中没有磁材料。在磁存储介质中，通过使用写入头在记录介质上施加磁场，便将比特写在 磁介质上。写入头受时钟控制，该时钟决定了比特变迁发生在哪里。为了读取 这些比特(在随后的时刻)，读取头检测介质上的磁场并且将其转换成电信号， 再进一步处理该电信号。读取过程也使用一个时钟，该时钟可以与写入时钟一 样。然而，这两个时钟被视为非同步的，因为它们在不同的时刻运行。读取通 道对回读波形进行采样，并且处理这些样本以恢复这些比特。定时恢复是一种用于确定在那儿对信号进行采样的机制。额定采样频率是 已知的，但是因为没有两个时钟是同步的，所以期望利用其它装置来准确地确 定在哪儿对信号进行采样。在使用连续介质的磁记录系统中，没有必要使数据的写入与介质的位置同 步。因此，使用自由运行的时钟来写入数据，并且在读取过程中恢复出采样实 例。然而，对于比特图形化介质，待写入的比特的位置是预定的(即，在比特 岛上)，并且需要写入同步过程。由此，比特图形化介质限制了将要写入比特 的位置。如果写入头没有同步到比特岛位置，则将有多个周跳(cycle slip)。 即使是单个周跳也会导致系统故障。已经针对写入同步提出了读取-同时-写入，但是缺点是读取器饱和、串扰等。实现比特图形化记录所面对的一个挑战是定时恢复或同步。在写入头在轨 道上穿行时，写入头需要知道比特岛的位置以便精确地切换写入场。相似的是， 读取头需要从回读波形中恢复出正确的采样实例。写入同步方面的故障导致了 比特的插入/删除误差及其附近的比特翻转。发明内容在一个方面中，本发明提供了一种装置，它包括比特图形化磁存储介质; 位于比特图形化磁存储介质附近的写入换能器；耦合到写入换能器以便将写入 脉冲传递给写入换能器的写入驱动器；用于产生比特图形信号的光传感器；以 及用于响应于比特图形信号产生同步信号的定时恢复电路，其中响应于同步信 号调节写入脉冲的定时。在另一个方面中，本发明提供了一种方法，它包括使用光传感器产生一 个比特图形信号，该信号表示比特图形化磁存储介质中的比特岛的位置；以及使用比特图形信号控制写入脉冲的定时，写入脉冲被加到写入换能器以控制比 特岛的磁化方向。在另一个方面中，本发明提供了一种方法，它包括将光斑引导至比特图 形化数据存储介质的表面上；以及响应于从比特图形化数据存储介质上的一个岛反射的光，产生一个误差信号，其中误差信号表示光斑相对于该岛的位置。 在阅读下面的详细描述时，这些和各种其它特征和优点将是明显的。
图1是数据存储设备的各个部分的示意图。图2是比特图形化存储介质表面的一部分的平面图。图3是图2的比特图形化存储介质沿着线3-3的横截面图。图4是定时恢复电路的示意图。图5是与比特图形化存储介质一起使用的跟踪系统的示意图。 图6是光学换能器的示意图。图7是比特图形化存储介质的表面的一部分的放大平面图。图8是象限检测器的示意图。图9是与介质的一个岛上的光斑位置有关的推拉式(push-pull)误差信号 的图。图10是与介质的一个岛上的光斑位置有关的边缘检测误差信号。
具体实施方式
当在数据存储设备中使用比特图形化存储介质时，有必要检测并控制读取 和/或写入换能器(比如记录头)相对于介质上的多个岛的相对位置。在一个方 面中，本发明提供了一种在包括比特图形化介质的数据存储设备中提供可用于 时钟恢复的位置信号的方法和装置。非磁传感器可用于检测介质中是否存在岛。图1是数据存储设备10的多个部分的示意图，其中包括支架或浮动块12 以及相关的数据存储介质14。在本示例中，数据存储介质是图形化介质，它包 括多个由沟槽18隔开的磁材料的岛16，沟槽18可以用非磁材料来填充。浮动块或支架根据已知技术定位于存储介质的表面附近，并且包括写入头 20、读取头22和比特图形传感器24。写入头包括写入换能器26，写入换能器 26对存储介质施加磁场以控制这些岛的磁化方向。读取头包括传感器28，比 如磁阻(MR)元件、隧穿磁阻(TMR)元件、或巨磁阻(GMR)元件，传感器28响应 于磁化的岛所产生的磁场而产生模拟电压信号。比特图形传感器24产生一个 信号，该信号包含关于比特图形传感器和介质上的岛的相对位置的信息。臂30 可以用于使浮动块相对于介质而定位。根据已知的伺服技术可以控制该臂。在正常操作期间，浮动块在轨道(若比特图形是交错的，则是一对子轨道) 上飞行，并且轨道包括多个由沟槽隔开的比特岛。写入头在离这些岛足够近之 处通过从而根据正写入的信息比特使整个比特岛磁化成期望的极化状态(比 如，上或下)。然而，写入头场没有充分穿透这些沟槽，没有信息被写入到这 些沟槽中。这些沟槽有效地充当相邻比特之间稳定的畴壁边界。读取头和写入头连接到控制电路32，控制电路32包括写入通道34和读取 通道36，写入通道用于将电压或电流写入脉冲传递到写入头，而读取通道36 则处理由读取头所产生的信号。定时恢复电路38使用来自比特图形传感器的信号来提供控制信号，该控制信号可以被用于调节写入脉冲的定时。控制电路 可以包含与本说明书没有特定关联的其它元件，因此没有示出。写入通道可以与控制电路中的其它组件和/或总线40上的主机设备相连。读取通道可以与控 制电路中的其它组件和/或总线42上的主机设备相连。图2是比特图形化介质50的示意性平面图。该介质包括多个由沟槽54隔 开的磁材料的岛52。在本示例中，这些岛排列成线性阵列从而构成数据轨道 56。在其它示例中，这些岛可以排列成交错的阵列，数据轨道均由两个相邻的 子轨道构成。图3是图2的比特图形化介质的横截面图。磁岛排列在记录层60中，基 板62支撑着记录层60。也可以包括其它层，比如散热层64。为了形成平整化 的介质，在这些岛之间可以放置非磁介电材料66。在非平整化的介质中，这些 岛可以被间隔开，同时这些岛之间的间隔中没有任何固体材料。比特图形传感 器68位于轨道附近。在一个方面中，本发明使用非磁比特图形传感器68来检测比特岛位置。 非磁传感器可以使用比特图形化介质的物理特性来产生一个与传感器和介质 上的比特岛的相对位置有关的信号。通过使用非磁传感器，避免了与写入头所 产生的磁场或读取头所检测的磁场的相互干扰。在以模拟为目的的一个示例中，假定这些岛具有正方形的横截面形状，它 们处于一个与介质表面相平行或相一致的平面中，每一个比特岛采用柱状，其 正方形的横截面是24nmX24nm。在本示例中，这些岛彼此隔开24nm。这些 岛可以是磁材料，介电材料可以是二氧化硅。应该理解，这些岛可以具有其它 横截面形状，并且这些形状可以不是均匀的。在一个示例中，比特图形传感器包括用于将光引导至介质上的光学换能器 以及光学检测器，该光学检测器检测从介质反射的光以产生一个位置信号，该 位置信号可以被处理并且被用于控制读取和/或写入换能器相对于介质上的岛 的相对位置。因为比特岛具有不同的来自沟槽或沟槽中的介电材料的反射率系数，所以 从介质表面反射的光可以被用于跟踪比特岛并且使该头同步以便在那些位置 处写入比特。图4是定时恢复电路70的框图。该定时电路包括前端和低通滤波器76， 该前端包括到通道74的输入72。传感器所产生的信号是信号" ，该信号是通 过该通道传递的，从而产生一个接收信号K力。低通滤波器对该接收信号进行 滤波以产生经滤波的信号^力。然后，如采样开关78所示，经滤波的信号被采 样以便在线路80上产生采样信号》。均衡器82对该采样信号进行处理以便在 线路84上产生一个均衡信号z"。然后，在检测器86中检测到了均衡信号以产 生一个输出信号。定时误差检测器88使用该均衡信号和输出信号从而在线路 90上产生误差信号。环路滤波器92对该误差信号进行滤波，并且使用该环路 滤波器的输出来控制电压受控振荡器94的频率。电压受控振荡器控制被用于 对滤波信号s(r)进行采样的采样时刻。因此，可以看出，对于定时检测，可用图形传感器产生一模拟信号，对该 模拟信号进行采样以产生多个样本。定时恢复电路包括定时误差检测器，它处 理接收到的样本以便产生一个数量，该数量是定时相位差的度量。通过电压受 控振荡器(VCO)来驱动采样器，该数量进一步穿过环路滤波器以产生一个校正 信号，使用该校正信号来控制釆样定时。检测到的比特被定时恢复算法使用， 同时假定它们没有误差。图5是与比特图形化存储介质一起使用的光学跟踪系统100的示意图。该 系统包括光源102，它引导光线104穿过半透明的镜子106到达近场光学换能 器108。近场光学换能器108将该光线聚集成在比特图形化存储介质114的表 面112上的小光斑110。入射光的一部分116被往回反射给镜子并且被镜子反 射给检测器118。检测器产生一个误差信号120，然后，伺服系统122处理该 误差信号120以控制记录头的位置。图6是位于比特图形化存储介质114的表面112附近的近场光学换能器108 的示意图，其中包括位于导电散热层126附近的记录层124，该导电散热层126 位于基板128附近。在本示例中，近场光学换能器108包括物镜130、固态半 球透镜132和金属插针134。近场光学换能器会聚光线并且将光线传递到比特图形化介质的表面。物镜 引导径向偏振的光束136以便聚焦到半球透镜的中心，并且照射该金属插针(比 如，它可以是金)。金属插针的末端可以位于离存储介质表面约10nm的位置处。在一个示例中，金插针具有12nm的尖头电极并且其尺寸是针对最大光学 效率而优化的。该存储介质包括正方形的粒状岛，由介电材料(比如二氧化硅) 隔开。在记录膜平面中，每一个小粒具有24 nmX24 nm的大小。这些小粒之 间的间隔也是24 nm。图7是比特图形化存储介质144的表面142的一部分140的放大平面图， 其中包括岛146、 148、 150、 152和154。岛148上及其周围的数字代表了光斑 中心的大致位置。在图5的示例中，光斑156的中心位于该中心比特的右下方 (即位置1)。如图7所示，入射光斑被反射，并且在光斑位于不同位置时反射的光束可 以得到监控。象限检测器可以被用于检测反射的强度。图8是象限检测器158 的示意图。象限检测器检测四个象限(标号为1、 2、 3和4)中的光线。从这 四个象限l、 2、 3和4，检测器分别产生了信号&、 &、 &和&。信号&、 &、 &和&可以被组合以产生各种误差信号。例如，微分相位检 测(DPD)误差信号可以被定义为+ 为了比较，可以用总的强度(A + & + & + 54)使DPD信号归一化从而产生归一化的DPD信号S _QS2+S4)-(S1+S3) 腳—已发现，归一化的DPD信号仅仅约为10'5。在位置3和4之间，信号的符 号相反。推拉式误差信号可以被定义为 w_图9是推拉式误差信号相对于介质的岛上的光斑位置的图。图9显示出当 光斑从位置5扫描到2并且从位置1到3时的推拉式误差信号。可以看出，推 拉式误差信号约为1.5xl(T3。图9显示出当光斑在比特的中间从位置5扫描到 位置2或者沿着比特的边缘从位置1扫描到位置3时的推拉式误差信号。该信号可以被用于伺服，因为它是微分信号并且噪声电平也较低。然而，当光斑在两行比特之间的中间时，该信号是零。 边缘检测信号被定义成<formula>formula see original document page 11</formula>图IO是边缘检测误差信号相对于介质的岛上的光斑位置的图。图10显示 出当光斑从位置5扫描到位置2并且从位置1扫描到位置3时的推拉式误差信 号。图10显示出当光斑越过比特的中间从位置5扫描到位置2或者沿着比特 的边缘从位置l扫描到位置3时的边缘检测信号。很明显，边缘检测信号具有 与推拉式信号相同的幅值，但是它与推拉式信号表现不一样。它可被用于精确 地确定比特上的光斑位置。当光斑移动时，反射也发生变化。因为它是一个求和信号，所以变化的量 约为0.8%，并且噪声电平很高。在另一个实现方式中，光学传感器不需要具有介质上的单个比特的分辨 率。例如，传感器可以检测从n个比特岛反射的光，并且可以乘以写入时钟以 构成多个比特岛的检测。如果n个比特岛所反射的光所产生的信号的相位是足 够准确的，则没有必要用光传感器分辨每一个比特岛。作为一个示例，如果每 10个比特中有一个丢失了，或者如果每10比特岛移动了半个比特，则可以使 用传感器来检测至少IO个比特岛所反射的光。尽管已通过若干个示例描述了本发明，但是很明显，在不背离权利要求书 所阐明的本发明的范围的情况下可以做出各种变化。上述实现方式和其它实现 方式都在权利要求书的范围之中。
权利要求
1.一种装置，包括比特图形化磁存储介质；写入换能器，它位于比特图形化磁存储介质附近；写入驱动器，它耦合到写入换能器以便将写入脉冲传递给写入换能器；光传感器，用于产生比特图形信号；以及定时恢复电路，用于响应于比特图形信号产生同步信号，其中响应于同步信号来调节写入脉冲的定时。
2. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述光传感器包括 近场换能器，它包括金属插针以及将光引导至金属插针上的透镜。
3. 如权利要求2所述的装置，其特征在于，插针的末端的横截面面积小于比 特图形化介质中的岛的表面的横截面面积。
4. 如权利要求l所述的装置，还包括光源，用于将光引导至比特图形化介质的表面上；以及 象限光检测器，用于检测从比特图形化介质的表面反射的光。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，光传感器检测从比特图形化磁存 储介质上的一个比特岛反射的光。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，光传感器检测从比特图形化磁存 储介质上的多个比特岛反射的光。
7. —种方法，包括使用光传感器来产生用于表示比特图形化磁存储介质中的比特岛的位置的比 特图形信号；以及使用比特图形信号来控制写入脉冲的定时，这些写入脉冲被加到写入换能器 以控制比特岛的磁化方向。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述光传感器包括 近场换能器，它包括金属插针以及将光引导至金属插针上的透镜。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，插针的末端的横截面面积小于比 特图形化介质中的岛的表面的横截面面积。
10. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，使用近场光换能器产生用于表示比特图形化磁存储介质中的比特岛的位置的比特图形信号的步骤包括 将光引导至比特图形化介质的表面上；以及使用象限光检测器以便检测从比特图形化介质的表面反射的光。
11. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，光检测器检测从比特图形化磁存储介质上的一个比特岛反射的光。
12. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，光传感器检测从比特图形化磁存 储介质上的多个比特岛反射的光。
13. —种方法，包括将光斑引导至比特图形化数据存储介质的表面上；以及 响应于从比特图形化数据存储介质上的岛反射的光，产生误差信号，其中误 差信号表示光斑相对于该岛的位置。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，光检测器产生第一、第二、第 三和第四检测器信号，并且误差信号是第一和第四检测器信号之和以及第二和第三 检测器信号之和之间的差。
15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，误差信号包括 边缘检测信号。
16. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，误差信号包括 推拉式信号。
17. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，误差信号包括 微分相位检测信号。
18. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，光检测器产生第一、第二、第 三和第四检测器信号，并且误差信号包括第一、第二、第三和第四检测器信号之和。
19. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，光斑的直径小于比特图形化数 据存储介质上的岛的宽度。
全文摘要
一种装置包括比特图形化磁存储介质；写入换能器，它位于比特图形化磁存储介质附近；写入驱动器，它耦合到写入换能器以便将写入脉冲传递给写入换能器；光传感器，用于产生比特图形信号；以及定时恢复电路，用于响应于比特图形信号产生同步信号，其中响应于同步信号来调节写入脉冲的定时。
文档编号G11B5/09GK101335006SQ20081012508
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月26日 优先权日2007年6月29日
发明者E·C·盖吉, M·E·瑞, V·S·吉拉卡, 彭初兵 申请人:希捷科技有限公司