专利名称：包括用于处理微分的读取信号的读取通道的磁盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及磁盘驱动领域，特别涉及应用垂直磁性记录方法的磁盘驱动器。
背景技术：
在最近几年，在以硬盘驱动器为代表的硬盘驱动器领域中，人们的注意力集中在垂直磁性记录方法上，其作为一种用于超越对于纵向磁性记录方法的记录密度限制的一种技术。
在垂直磁性记录方法中，如果数字数据(0/1)被记录在一个盘介质上，对应于该数据的磁化区域被形成在该盘介质的垂直方向上(深度方向)另外，在垂直磁性记录方法中，由读取头从盘中读出的读取信号的幅度被在磁化传递位置上传递。读取信号的波形为矩形波，其幅度对应于磁化方向。
因此，如果用于纵向磁性记录方法的读取通道在垂直磁性记录方法的盘驱动器中被转向，则需要用于把读取信号波形转换为微分信号的微分电路。
在最新的磁盘驱动器中，采用一种磁头，其具有分别安装在滑块上的读取头和写入头的结构。通常，该写入头是单磁极型(SPT)头，适用于垂直磁性记录方法。在这两种方法中，该读取头是磁阻(MR)头，特别是使用GMR元件的大磁阻(GMR)头。
为了获得高记录密度的盘驱动器，已经实现对作为读取头的GMR元件(包括旋阀型MR元件)的性能的改进。更加具体来说，已经采用用于使GMR元件的自由层与固定层的磁化方向相交的方法。使用上述方法的现有技术实现自由层的优良磁畴控制从而减小巴克豪森噪声的现有技术已经被提出(例如参见日本专利公开No.2001-110016)。
已经采用一种方法用于使GMR元件的自由层和固定层的易磁化轴方向基本上相互平行。已经有人提出使用上述方法的现有技术(例如参见日本专利公开No.2001-56908)，其即使对于小量的记录磁场信息也能够显著地改变自由层的磁化方向，从而提高对磁场的灵敏度。
另外，已经提高用于提供一种结构的现有技术，其中具有旋阀型MR膜的软磁性层包括两个或多个层面的叠层元件。从而，磁性记录信号的检测灵敏度和读取信号的线性得到提高，并且读取头的输出特性被改进(例如参见日本专利公开No.2000-340858)。
在垂直磁性记录方法的磁盘驱动器中，通常使用包含垂直记录层和软磁性层的双层盘介质(DL盘介质)。在这种DL盘介质中，通过写入头和软磁性层之间的磁性耦合执行磁性记录。因此，当从磁性介质读出被记录数据时，读取头可以检测高记录磁场。
另一方面，在垂直磁性记录方法的盘驱动器中，与纵向磁性记录方法相比容易出现GMR元件的输出饱和或者读取信号的波型失真。为了消除这些问题，在此提供一种方法，用于提高GMR元件的磁性响应特性的线性。具体来说，这是一种增加线性响应动态范围以超过来自盘介质的记录磁场的平均值的方法。从而，可以防止或抑制GMR元件的输出饱和度或者读取信号的波形失真的出现。
如上文所述，在垂直磁性记录方法的盘驱动器中，从读取头输出的读取信号的波形为矩形波。因此，读取通道包括用于把读取信号波形转换为微分信号波形的微分电路。该读取通道从输出自微分电路的读取微分信号而再现记录在盘介质上的数据。
在读取通道的再现分辨率受到在读取微分信号的50％阈值(有时被表示为PW50)处的脉冲宽度的幅度的影响。PW50与GMR元件的磁性响应特性中的非线性度相关。人们认识到非线性度越大(即，线性度减小)，则PW50越小(越窄)。
通常，在磁性记录系统中，对于误码率来说，PW50是与信噪比同样重要的参数。如果PW50增加，会导致再现误差减小，特别是在高记录密度的情况中尤其如此。因此希望PW50值更小。
发明内容
本发明的一个目的是在用于从读取微分信号再现数据的磁盘驱动器中实现读取微分信号的波形的PW50的减小，从而提高数据再现的分辨率。
根据本发明的一个方面，在此提供一种磁盘驱动器，其中包括一个磁头，其具有用于减小微分读取信号的PW50值的磁场响应特性。
该磁盘驱动器包括用于磁性记录数据的磁盘介质；信号处理电路，其包括用于对从磁盘介质读出的读取信号进行微分的微分电路，并且从该微分电路输出的读取微分信号再现记录在磁盘介质上的数据；以及读取头，用于读出磁性记录在磁盘介质上的数据，以输出该读取信号，并且具有一种磁场响应特性，使得在来自微分电路的读取微分信号的波型的50％阈值处的脉冲宽度被设置在预定范围内。
在下文的描述中给出本发明的其它目的和优点，并且其中部分目的和优点从该描述中是显而易见的，或者可以从本发明的实践中习得。本发明的目的和优点可以通过在下文中指出的装置及其组合而实现和获得。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与上文给出的一般描述和下文给出的实施例的详细描述一同用于说明本发明的原理。
图1为示出根据本发明一个实施例的垂直磁性记录方法的盘驱动器的主要部分的方框图；图2A至2D为用于说明根据本发明的实施例的GMR元件的磁场响应特性的示意图；
图3为用于说明磁场响应特性的非线性度的示意图；图4为用于说明根据本发明的实施例的非线性度和PW50之间的关系的示意图；以及图5A至5D为示出相据本发明的实施例的GMR元件的磁场响应特性的一个例子的示意图。
本发明的详细描述下面参照附图描述本发明的一个实施例。
(盘驱动器的结构)图1为示出根据本发明一个实施例的垂直磁性记录方法的盘驱动器的主要部分的方框图。
本发明的盘驱动器包括垂直盘介质1、主轴电机(SPM)2、安装有磁头3的传动器4，如图1中所示。
在数据记录/再现操作时，盘介质1被SPM2以高速度旋转。盘介质1是一种双层垂直记录介质(DL)介质，其中包括垂直记录磁性层和软磁性层。
具体来说，盘介质1包括通过溅射把例如CoZrNb或者FeAlSi这样的磁性材料形成在玻璃基底上而获得的软磁性层。另外，具有垂直磁性各向异性的记录层被叠加在软磁性层上。本发明的实施例的盘介质1可以具有一种结构，其中中间控制层被提供在该磁性层和记录层之间。
该磁头3包括分别安装在相同的滑块上的读取头30和写入头31。传动器4具有安装在其上的磁头3，并且使用音圈电机(VCM)5的驱动力把磁头3在盘1的径向方向上移动。
读取头30是用于从盘介质1读出数据信号的只读头，并且包括一个GMR元件(或者旋阀型MR元件)。写入头31例如是一个单磁极型磁头(SPT头)，其适用于该垂直磁性记录方法。写入头31产生对应于由写入放大器61所提供的写入电流的记录磁场，并且在盘介质1上执行数据信号的垂直磁性记录。
该盘驱动器进一步包括一个前置放大器电路6、读/写通道(数据通道)7、盘控制器(HDC)8以及微处理器(CPU)10。
前置放大器电路6具有读取放大器60和写入放大器61。读取放大器60放大从读取头30读出的数据信号(读取信号)，并且把所放大的信号发送到读/写通道7。写入放大器61把由读/写通道7所提供的数据信号(写入数据WD)转换为写入电流，并且把写入电流传送到写入头31。
读/写通道7包括读取通道和写入通道，并且是一个用于处理读/写数据信号的PRML(部分响应最大近似度)型信号处理电路。
该读取通道基本上包括AGC放大器70、信号处理电路71和解码器72。AGC放大器72具有AGC(自动增益控制)功能，并且保持读取信号的电平为常数。信号处理电路71例如是一种数字型PRML信号处理电路，其中包括微分电路、低通滤波器、A/D转换器、均衡器(波型均衡电路)等等。
微分电路是用于把在垂直磁性记录方法中获得的矩形波的读取信号转换为微分信号波形(微分读取信号)的电路。解码器72解码从信号处理电路71输出的数据信号(数字信号)，以产生原始记录数据(读取数据RD)。
写入信道执行这样的处理，例如对来自盘控制器(HDC)8的写入数据WD的编码处理、写入压缩处理等等。
HDC8形成盘驱动器与主机系统9之间的接口，并且具有接收来自主机系统9的写入数据WD，以及把读取数据信号(RD)传送到主机系统的功能。CPU10是盘驱动器的主控制器，并且执行数据读/写操作，以及控制SPM2和VCM5的每一个。
(GMR元件的磁性响应特性)下面将描述根据本发明的实施例的操作。
在本发明的实施例中，在读取操作时，读取头30从盘介质1读出垂直磁性记录的数据信号。具体来说，读取头30根据在盘介质1上的记录磁场输出矩形波的读取信号20，如图2B中所示。读取头30的GMR元件具有如图2A和2D中所示的磁场响应特性。具体来说，GMR元件具有如图3中所示的非线性特性(参考标号310)。
来自读取头30的读取信号被通过读取放大器60输出到读/写通道7的AGC放大器70，如图1中所示。包含在信号处理电路71中的微分电路把来自AGC放大器70的读取信号20的波形转换为微分信号波形，如图2C中所示。信号处理电路71对微分信号波形执行各种信号处理。解码器72对原始记录数据进行解码，并且把解码的数据输出作为读取数据RD。
在这样的数据再现操作中，为了增加再现分辨率并且改进读取误码率，有效地减小了微分信号波形的50％阈值(PW50)处的脉冲宽度。在本实施例中，形成读取头30的GMR元件具有一种磁场响应特性，其表示对于非线性度和PW50之间的关系，可以减小PW50这样的非线性度，如图4中所示。这将在下文中更加详细地描述。
对于GMR元件的磁场响应特性，图5A示出一种情况，其中磁场(来自盘介质1的记录磁场)与读取信号的幅度值(μV)之间的关系基本上为线性，即，非线性度为0(对应于图3中的虚线300)。图5B示出图5C中所示读取信号波形(20)的反正切型磁性传递形式(图2B的参考标号21)。图5D示出由上述微分电路输出的读取信号20的微分信号波型(微分读取信号)。
假设如果GMR元件的磁场响应特性基本上为线性(即，非线性度为零)，微分读取信号的PW50表示最大值，并且为100％，如图5D中所示。即，非线性度为“0”，并且PW50为“1”。
根据上述假设，在GMR元件的磁场响应中的非线性度被确定，参见图3。
图3为具体示出图2A的示意图。
作为到GMR元件的输入磁场的范围(即，来自盘1的记录磁场)，采用从作为最大磁场或限制磁场的-Hmu(在这种情况中为-15A/m)到输入磁场0的范围，以及从输入磁场0到作为最大磁场或限制磁场的+Hmu(在这种情况中为+15A/m)的范围。
GMR元件的磁场响应特性可以被表示为一个特性曲线310，其表示幅度值(输出电平)相对于输入磁场的变化。特性曲线310的非线性度基本上用相对于在输入磁场的范围内的线性(直线300)的曲率来表示，无论它是凸还是凹。如果有一个极值点落在该范围之外，则在GMR元件的磁场响应特性中出现失真。相应地，在读取信号波形中出现偏离许可范围的波形失真。
下面具体说明非线性度的定义。
如图3中所示，在特性曲线310的最大曲点处画出一条切线300，并且切线300与最大磁场(±Hmu)的焦点分别作为Vc和Vd。另一方面，在GMR元件的磁场响应特性(特性曲线310)中的最大磁场(±Hmu)处的响应输出值(幅度值)分别作为Va和Vb。在本例中，GMR元件的磁场响应特性的非线性度(NL)由如下表达式(1)来确定NL＝(|Va/Vc-1|+|Vb/Vd-1|)/2…(1)如果磁场响应特性为线性，则非线性度为0(NL＝0)。
图4示出GMR元件的磁场响应特性的非线性度与由GMR元件输出的读取信号的微分信号波形的PW50之间的关系。如上文所述，假设如果磁场响应特性为线性(非线性度为0)，则PW50为最大值(1)和100％。作为一个具体例子，单磁极型磁头被用作为写入头31，以及使用具有双层结构的磁盘1和读取头30，其中磁盘1具有Ms＝2.4e4(A/m)、Hc＝2.8e5(A/m)和ΔHc/Hc＝0.24，以及读取头30具有75纳米的间隙长度。在这种情况中，在微分信号波形的50％阈值处的脉冲宽度(PW50)大约为79纳米。
另一方面，如果非线性度为0.15，则在微分信号波形的50％阈值处的脉冲宽度(PW50)大约为75纳米，如图4中所示。换句话说，与在特性曲线为线性的情况中图5D中所示的微分信号波形相比，PW50缩小到大约95％。在输入磁场的范围(±Hmu的范围)中，不仅在加(+)和减(-)两侧，而且还在单独一侧上，非线性度被确定为例如0.15。
简而言之，对于来自垂直磁性记录方法的盘1的记录磁场，可以根据用于读取头30的GMR元件的磁场响应特性的非线性度，调节读取信号的微分信号波形的50％阈值处的脉冲宽度(PW50)上的变化量。但是，具有表示预定的非线性度的磁场响应特性的GMR元件被用作为读取头30，从而相对地减小微分读取信号的PW50(特别是与特性曲线为线性的情况相比)。
从而，如果从读/写通道7中的微分读取信号再现数据RD，则可以通过增加再现分辨率而改进读取误码率。因此，在垂直磁性记录方法的磁盘驱动器中，可以获得高分辨率的读取信号质量，而不需要对于减小写入头31的尺寸的改进。结果，可以实现高的记录密度。
在该垂直磁性记录方法中，如果直流信号被记录在盘1中，则GMR元件表示在输入磁场的最大磁场(±Hmu)附近的响应特性。因此，如果该响应特性为非线性曲线，则该响应较小，因此减小直流噪声的出现。从而，可以抑制直流噪声，这是有利的。
如上文所述，特别是在垂直磁性记录方法的磁盘驱动器中，具有表示预定非线性度的磁场响应特性的GMR元件被用作为读取头，从而实现在微分读取信号的50％阈值处的脉冲宽度的最小化。从而，可以实现在再现数据时的高分辨率。结果，可以提高记录密度。
本领域的技术人员容易设想其它优点和改进。因此本发明不限于说明书的具体描述和所示的实施例。相应地，可以作出各种改进而不脱离所附权利要求及其等价表述所定义的总体发明思想的精神和范围。
权利要求
1.一种磁盘驱动器，其特征在于包括用于磁性记录数据的磁盘介质(1)；信号处理电路(71)，其包括用于对从磁盘介质(1)读出的读取信号进行微分的微分电路，并且从该微分电路输出的读取微分信号再现记录在磁盘介质(1)上的数据；以及读取头(30)，用于读出磁性记录在磁盘介质(1)上的数据，以输出该读取信号，并且具有一种磁场响应特性，使得在来自微分电路的读取微分信号的波型的50％阈值处的脉冲宽度被设置在预定范围内。
2.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于读取头(30)包括GMR(大磁阻)元件，以及该读取头(30)和用于在磁盘介质(1)上磁性记录数据的写入头(31)形成磁头(3)。
3.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于该信号处理电路(71)是用于利用PRML(部分响应最大近似度)方法对来自微分电路的输出信号执行信号处理的读取通道。
4.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于该读取头(30)具有非线性度，使得在50％阈值处的脉冲宽度被设置在从预定最小值到最大值的范围内，在50％阈值处的脉冲宽度表示当磁场响应特性的非线性度为0时的最大值。
5.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于该磁场响应特性是指表示输出自读取头(30)的读取信号的幅度值相对于磁盘介质(1)上的记录磁场的变化，根据在记录磁场的相同范围内的幅度值相对于参考线的增加/减小值而设置非线性度，当幅度值的变化表示线性时，参考线的非线性度为0，以及读取头(30)具有磁场响应特性，包括所述非线性度的预定数值。
6.根据权利要求1所述的磁盘驱动器，其特征在于磁场响应特性是指表示由读取头(30)输出的读取信号的幅度值相对于磁盘介质(1)上的记录磁场的变化的特性曲线，以及其中在磁场响应特性的记录磁场的预定范围内的最大弯曲点处形成一条切线，对应于该切线与记录磁场的限制值(±的两个点)之间的交点的幅度值分别被表示为Vc和Vd，并且作为对应于该限制值的响应值的幅度值被表示为Va和Vb，读取头(30)具有包括由关系表达式(|Va/Vc-1|+|Vb/Vd-1|)/2所确定的预定非线性度，如果磁场响应特性为线性，则非线性度为零。
7.一种磁盘驱动器，其特征在于包括磁盘介质(1)，用于通过垂直磁性记录方法而磁性地记录数据；读取通道(71)，其包括用于对从磁盘介质读出的矩形波的读取信号进行微分的微分电路，并且从该微分电路输出的读取微分信号再现记录在磁盘介质(1)上的数据；以及磁头(3)，其具有用于在磁盘介质(1)上垂直地磁性记录数据的写入头(31)，以及用于读出磁性记录在磁盘介质(1)上的数据以输出该读取信号的读取头(30)，并且具有一种磁场响应特性，使得在来自微分电路的读取微分信号的波型的50％阈值处的脉冲宽度被设置在预定范围内。
8.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于该磁头(30)包括GMR(大磁阻)元件，并且该写入头(31)为单磁极型磁头。
9.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于该读取通道(71)是用于利用PRML(部分响应最大近似度)方法对来自微分电路的输出信号执行信号处理。
10.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于该磁盘介质(1)为具有垂直记录层和软磁性层的双层垂直记录介质。
11.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于该读取头(30)具有非线性度，使得在50％阈值处的脉冲宽度被设置在从预定最小值到最大值的范围内，在50％阈值处的脉冲宽度表示当磁场响应特性的非线性度为0时的最大值。
12.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于该磁场响应特性是指表示输出自读取头(30)的读取信号的幅度值相对于磁盘介质(1)上的记录磁场的变化，根据在记录磁场的相同范围内的幅度值相对于参考线的增加/减小值而设置非线性度，当幅度值的变化表示线性时，参考线的非线性度为0，以及读取头(30)具有磁场响应特性，包括所述非线性度的预定数值。
13.根据权利要求7所述的磁盘驱动器，其特征在于磁场响应特性是指表示由读取头(30)输出的读取信号的幅度值相对于磁盘介质(1)上的记录磁场的变化的特性曲线，以及其中在磁场响应特性的记录磁场的预定范围内的最大弯曲点处形成一条切线，对应于该切线与记录磁场的限制值(±的两个点)之间的交点的幅度值分别被表示为Vc和Vd，并且作为对应于该限制值的响应值的幅度值被表示为Va和Vb，读取头(30)具有包括由关系表达式(|Va/Vc-1|+|Vb/Vd-1|)/2所确定的预定非线性度，如果磁场响应特性为线性，则非线性度为零。
全文摘要
在此公开一种垂直磁性记录方法的盘驱动器包括由GMR元件所构成的读取头(30)和使用双层盘介质的驱动器。在GMR元件的磁场响应特性中，使用非线性度和在微分信号的50％阈值处的脉冲宽度(PW50)之间的关系。GMR元件的非线性度被调节，使得PW50比最大值更小。该读取通道(71)包括一个微分电路，用于把来自GMR元件的读取信号输出转换为微分读取信号。
文档编号G11B5/09GK1410971SQ0213183
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月6日 优先权日2001年9月27日
发明者青柳由果, 竹尾昭彦 申请人:株式会社东芝