专利名称：用于改善读回数据的snr的设备、系统和方法
技术领域：
本发明涉及磁带记录磁头，具体来说，涉及具有重叠的读取转换器以改善读取连续的数据磁道时的信号介质噪声比的磁带记录磁头。
背景技术：
在磁存储系统中，利用通常称为“磁头”的磁性转换器来从磁记录介质中读取数据，并向其中写入数据。通过在介质上向将要在其中存储数据的某一个位置移动记录磁头来向磁记录介质中写入数据。然后，记录磁头产生磁场，该磁场将数据编码为磁性介质。通过类似地定位读取磁头，然后传感磁性介质的磁场来从介质中读取数据。读取和写入操作独立地与介质的移动同步，以确保可以从介质上的所希望的位置读取数据并向所希望的位置写入数据。
数据存储行业的一个重要和持续的目标是提高存储在介质上的数据的密度。对于磁带存储器系统，该目标已经导致提高了记录磁带上的磁道密度，并缩小了磁带介质的厚度。然而，开发体积小、较高性能的磁带驱动器系统已经在设计供这样的系统使用的磁带头组件时产生了各种问题。
在磁带驱动器系统中，磁带以高速度在磁带头的表面上移动。此移动一般会导致磁头和磁带之间产生一层空气。通常，在设计磁带头时考虑了将磁头和磁带之间的空间最小化。磁头和磁带之间的间隔是十分重要的，以便转换器(是磁性记录磁通的源)记录间隙，与磁带密切接触，以实施有效率的信号传输，以便读取元件与磁带密切接触，以提供从磁带到读取元件的磁场的有效耦合。
在共同转让的授予给Biskeborn和Eaton的美国专利No.5,905,613中描述了双向磁带驱动器的平面轮廓薄膜磁带记录磁头。平面轮廓磁头包括衬底上的平面转换表面，在衬底的一侧的表面上形成了一行薄膜转换器，形成了间隙。具有该行转换器的衬底叫做“横栏衬底”。转换器被由相同或类似的陶瓷作为衬底的罩子保护。对于要求读取转换器跟随在写入转换器的后面的边写边读双向磁头，有两个具有罩子的横栏衬底安装在载体上，彼此面对面。记录磁带包裹着衬底和罩子的角，角度足以从磁带的表面刮去(磨)空气，不足以让空气在磁带经过拐角之后重新进入磁带和转换表面。通过从活动磁带的表面刮掉空气，在磁带和平面转换表面之间形成了真空，使磁带与转换表面接触。在空气表面研磨边缘的拐弯处，由于外包装而导致的记录磁带的弯曲，会导致磁带与转换表面分离一段距离，该距离取决于包角、磁带厚度和磁带张力。转换器必须与空气表面研磨边缘的拐角隔开足够的距离，以允许磁带和转换表面之间的真空克服此分离。
数据存储行业的一个重要和持续的目标是提高存储在介质上的数据的密度。对于磁带存储器系统，该目标已经导致提高了记录磁带上的磁道密度。由于提高磁带介质上的数据存储密度的需要的增强，因此，需要缩小磁道宽度并提高跨磁带记录的磁带的数量。可以使用连续的数据磁道，其分隔磁道的空间最小或没有，或没有分隔磁道的保护区。然而，读取磁头在磁道上的位置不正，通常需要使用其宽度比磁道宽度窄得多的读取转换器，导致读回信号的信噪比(SNR)比较低。因此，需要一种多磁道磁带记录磁头，这种记录磁头克服了此限制，并提供了读取转换器阵列，这些读取转换器能够读取间隔非常近的或相邻的数据磁道，并且SNR改善。
发明内容
根据本发明的原理，说明了一种磁带记录磁头，包括衬底，所述衬底包括在衬底上沉积的第一平面，所述第一平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，以及，在衬底上沉积的第二平面，所述第二平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，第二平面相对于第一平面偏移，以便第一平面中的读取转换器与第二平面的读取转换器重叠，使得第一平面中的第一读取转换器和第二平面中的第二读取转换器一起跨过磁带上的被写入磁道的宽度。
本发明的另一个实施例说明了一种磁带记录磁头，包括衬底，所述衬底包括在衬底上沉积的第一平面，所述第一平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，在衬底上沉积的第二平面，所述第二平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，第二平面相对于第一平面偏移，以便第一平面中的读取转换器与第二平面的读取转换器重叠，使得第一平面中的第一读取转换器和第二平面中的第二读取转换器一起跨过磁带上的被写入磁道的宽度，以及，在衬底上沉积的第三平面，所述第三平面包括写入转换器的线性阵列，这些写入转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开。
本发明的另一个实施例说明了一种用于使用具有重叠的读取转换器的磁头(包括在记录磁带的磁道上写入)来提高记录在磁带上的来自磁道的读回数据的SNR比的方法，提供跨过被写入磁道的宽度的重叠的读取转换器对，同时读取“读取转换器”对的输出信号，确定哪一个读取转换器被100％定位在被写入磁道上，以及，将被确定为100％定位在被写入磁道上的读取转换器的输出信号定向到磁记录系统的读/写通道。
通过下面详细的描述，本发明的上述以及另外的目标、功能和优点将变得显而易见。
为了更全面地理解本发明的特征和优点，以及使用的优选模式，应该参考下列详细描述，描述应该与附图一起阅读。在下面的图形中，类似的参考编号在整个图形中表示类似的部件图1是边写边读双向平面轮廓线性磁带记录磁头的截面端视图(不按比例)；图2是图1的磁带记录磁头的横栏衬底和罩子组件的透视图(不按比例)；图3a是横栏衬底和罩子组件的间隙区域剖面图(不按比例)；图3b是图3a的间隙区域的一个读写转换器部分的顶视图(不按比例)。
图4a是常规读取MR转换器相对于记录磁带上的数据磁道的转换器表面视图(不按比例)；图4b是本发明的重叠的读取MR转换器相对于记录磁带上的数据磁道的转换器表面视图(不按比例)；图5是重叠的读取转换器的串联对的串联连接的简要图表；图6是在第三层上具有在读取转换器之间移动的写入转换器的组合读写头的转换器表面视图(不按比例)；图7是根据本发明的改善记录在磁带上的来自磁道的读回数据的信号介质噪声比(SNR)的方法的流程图；以及图8是使用本发明的记录磁头的磁带记录器系统的简图。
具体实施例方式
图1显示了使用本发明的双向边写边读平面轮廓磁头100。耐磨材料(如通常在磁盘驱动器磁头中所使用的衬底陶瓷)制成的横栏衬底102和104，安装在载体105和106上，这些载体彼此成一个小角度α。陶瓷横栏衬底102和104具有平面磁带支撑表面108和110，间隙表面109和111，在间隙区域112和114的表面上有一行转换器。电连接电缆116和118将转换器连接到关联的磁带驱动器的读/写通道。磁带120在边缘122和124处分别进入平面磁带支撑表面108和110的包角θ，以及角度α/2通常在1/8度和4.5度之间。该行转换器被与横栏衬底102和104相同或类似的陶瓷制成的罩子130和132加以保护。
图2是包括图1所示的横栏衬底102、罩子130和间隙区域112的横栏衬底和罩子组件200的透视图。组件200在延伸在垂直于磁带跨磁头100的线性运动的方向的方向上具有大于记录磁带120的宽度的长度L1。平面磁带支撑表面108在磁带跨过磁头时支撑它。位于间隙区域112中并具有小于磁带的宽度的长度L2的一行转换器202位于沿着组件200的长度方向的中心。该行转换器202包括多个读取和写入转换器，用于在记录磁带上读取和写入数据。可以位于该行转换器202的第一和第二末端204和206的伺服读取转换器被用来将读取和写入转换器定位在记录磁带上所写入的数据磁道图3a通过靠近磁带支撑表面108的横栏衬底和罩子组件200的中间区域，将图2中指出的A-A截面显示为区域300，其中，该行转换器202出现于常规磁头中。图3b是图3a的间隙区域的一个读写转换器部分的顶视图。间隙112包括氧化铝衬里302、读取转换器304、氧化铝绝缘层306、写入转换器308和夹在横栏衬底102和罩子130之间的氧化铝外套310。正如那些本领域普通技术人员所知道的，通过极片沉积方法在横栏衬底表面312上形成这些元件。然后，将罩子130固定到外套310上，以保护间隙区域中的转换器。通常，间隙112的宽度W大约为25-35微米。读取转换器304包括分别夹在第一和第二护罩S1和S2之间的转换器314，由诸如坡莫合金之类的磁性材料制成。转换器314可以是各向异性磁阻(AMR)传感器、巨型磁阻(GMR)传感器或隧道磁阻(TMR)传感器，通过由氧化铝制成的绝缘体层316和318与S1和S2绝缘。传感写入转换器308分别包括第一和第二写入极P1和P2(由诸如高力矩铁镍合金之类的磁性材料制成)之间的由非磁性物质制成的写入间隙320。在沉积包括间隙112的层并附加了保护性罩子130之后，重叠磁带支撑表面108，以获得所希望的读取传感器条纹高度和极P1和P2的极尖尺寸，平面或柱面光洁度。护罩S2和极P1有时合并起来，以形成单一层。
图4a是常规读取转换器配置400相对于记录磁带401上的数据磁道402的转换器表面视图(不按比例)。在平行于由双头指针406指出的磁带前进的正向和反向的方向沿着磁带的长度，写入数据磁道402的阵列。写入转换器(未显示)写入磁道402。写入磁道具有宽度WT，可能有，也可能没有分隔相邻磁道的间隔或保护区。在单一平面中形成读取MR转换器404(只显示了一个转换器)，在垂直于由双头指针408指出的磁带前进方向的方向延伸的行中带间隔。为了清楚起见，图4a中未显示读取转换器的护罩S1和S2。MR转换器404的中心间隔一定的距离，该距离等于连续的磁道的宽度WT的倍数。
在理想情况下，MR转换器404应该具有尽可能地逼近数据磁道402的宽度WT的活动宽度，以便来自每一个转换器的读回信号的振幅可能地大。读取转换器的活动宽度，也简称为“转换器的宽度”，是转换器的对记录在记录磁带上的磁性数据灵敏的活动部分的宽度。随着磁带穿过方向406中的转换器阵列，相对于在垂直于磁带前进的方向406的方向408中的致动器定位误差，导致MR转换器404相对于磁道402的中心的MR转换器404的位置不正。如果MR转换器的宽度太大，则位置不正可能导致MR转换器的一部分穿过相邻磁道，导致读回信号衰减。为防止位置不正问题，MR转换器404的宽度WR1被缩小，缩小量等于读取转换器相对于磁带预期的总的位置不正。例如，如果磁道宽度WT是4微米，总的位置不正是3微米，常规的MR转换器宽度WR1将被缩短到1微米，以确保整个MR转换器404始终在所希望的数据磁道402上的上方。缩小MR转换器宽度WR1会导致读回信号振幅相应地缩小，但是，介质噪声只是平方根地缩小，实际结果是信号-介质噪声比(SNR)也相应地缩小。如此，SNR与WR1的平方根成正比，因此，将WR1减半会将SNR缩小2或3dB。
图4b是根据本发明的读取MR转换器配置420相对于记录磁带401上的数据磁道402的转换器表面视图(不按比例)。两个读取元件平面是彼此层叠地制成的。读取MR转换器422在第一平面428上形成，MR转换器424在第一平面428上面的第二平面430上形成。为了清楚起见，读取转换器的护罩S1和S2未显示。注意，可以合并第一读取磁头的S2和第二读取磁头的S1。第一平面428中的MR转换器422形成了在垂直于由双头指针408指出的磁带前进方向的方向延伸的带间隔的行。类似地，第二平面430中的读取转换器424形成了在垂直于由双头指针408指出的磁带前进方向的方向延伸的带间隔的行。两个平面428和430彼此之间发生偏移，偏移量D取决于磁道宽度和致动器定位误差。通过让来自每一个平面428和430的一个MR转换器定位于磁道402上，便可以使用具有比图4a的常规转换器配置400中可能的宽度更大的宽度WR2的MR转换器422和424，并确保了一个MR转换器始终完全在磁道上，并100％在该磁道中的数据上。MR转换器422和424重叠，使得两个转换器一起跨过磁带上的写入磁道402的宽度。
在图4b中，显示了磁道402上的单对MR转换器422和424。然而，MR转换器在垂直方向408可以相隔磁道宽度WT的某个整数倍。通过步进读取磁头以连续地在每一个相邻磁道402上定位读取转换器，在随后的磁带通道上读取相邻磁道上的数据。
两个平面428和430彼此之间的位移量D为总的位置不正的一半。MR转换器宽度WR2由磁道宽度WT减去总的位置不正的一半给出。以图4a的常规读取转换器配置400所讨论的示例为例，其中，磁道宽度为4微米，总的位置不正为3微米，利用本发明的读取转换器配置420，MR转换器宽度WR2为4-3/2＝2.5微米。两个平面428和430之间1.5微米，并在读取过程中与磁带对齐，以便MR转换器422和424对的中心位于关联的磁道402的中心。例如，读取转换器的宽度从WR1＝1微米增大到WR2＝2.5微米，对于本发明的MR转换器配置420，与常规配置400相比，将产生10log(2.5)＝4dB的SNR增大。
利用本发明的重叠的MR转换器422和424所获得的提高的SNR，能够提供更好的错误检测余量，这样，便可以允许使用各向异性磁阻(AMR)传感器，代替比较精密的并且复杂的巨型磁阻(GMR)传感器。磁阻(MR)传感器常常通过使用相对地比较大的(大致10xMR元件电阻)串联电阻器R，在恒定电流模式下运行，以确保由于电阻调制而导致的电流调制产生可以忽略的信号偏斜。
分别位于每一层428和430中的MR转换器422和424的串联对，可以用导线串连连接，并如图5的简要图表所示的那样，偏压为一个单元。如此连接该对转换器的优点是，每一对都只要求三个引线501，而不是四个引线，以便于进行电缆连接。同时读取跨读取转换器422读取的输出信号502，以及跨读取转换器424读取的输出信号504，并缓存起来，以补偿两者之间的小的相位差。一般而言，基于时间的伺服(TBS)伺服读回数据与读取的信号分析一起，确定了该对转换器中的哪一个100％地在磁道上，该读取的转换器的输出信号被多路复用到读/写通道。如果需要，可以处理来自每一个读取器的信号，以去除不希望有的串话，然后，求和，以取得更好的信号电子噪声比。
图6是组合读写头600的不按比例的转换器表面视图，具有第三平面604，包括写入转换器602，根据本发明，该写入转换器分别位于第一和第二平面610和612上的MR读取转换器422和424之间。写入转换器602在记录磁带的第一遍通过时在磁道614上写入数据。通过致动器(未显示)，在箭头618指出的垂直于经过磁头600的磁带的线性运动方向的方向，在读写磁头600上移动写入转换器602，在第二遍时写入替换磁道616。或者，可以在第四平面上形成偏离转换器602的第二层写入转换器(未显示)，以允许磁道616在记录磁带的单次通过中与磁道614同时写入。
在图6中，分别显示了所有磁道614和616上的MR转换器422和424。然而，由于将转换器定位在相邻磁道上的间隔约束，MR转换器可以在平面610和612的垂直方向618间隔磁道间距的某个整数倍。通过步进读取磁头以连续地在每一个相邻磁道上定位读取转换器，在随后的磁带通道上读取相邻磁道上的数据。类似地，写入转换器602可以在垂直方向618间隔大于2的整数个磁道间距，通过步进磁头以连续地在每一个相邻磁道上定位写入转换器，可以在随后的磁带通道中的相邻磁道上写入数据。
图7是根据本发明的使用具有重叠的读取转换器的磁头提高记录在磁带上的来自磁道的读回数据的信号介质噪声比(SNR)的方法700的流程图。参考图4a、4b、5、6和8，在步骤702中，写入转换器602在记录磁带401上记录(写入)磁道614。在步骤704中，提供了跨过被写入磁道614的重叠的读取转换器422、424对。在步骤706中，该对读取转换器422、424的输出信号502、504被同时读取，在步骤708中，监视输出信号502和504，以确定读取转换器422和424对中的哪一个读取转换器被100％定位在被写入磁道614上。在步骤710中，被确定为100％定位在被写入磁道614上的读取转换器的输出信号被定向到记录器系统800的读/写通道808。这可以通过分析两个信号来完成，例如，通过执行快速傅里叶变换(FFT)并选择具有较少的频率峰值的信号。或者，可以使用给出磁头位置的伺服位置信号来确定两个读取器中的哪一个完全位于磁道上。通过处理来自两个磁头的信号以减去差并对两个“好的”信号求和，达到某些介质噪声和某些电子噪声的平均值，可以进一步改善SNR。
图8显示了磁带记录器或磁带驱动器系统800的实施例，包括了本发明的具有重叠的读取转换器的记录磁头。磁带驱动器控制单元802提供电机控制信号，以旋转磁带盘804，并将磁带806跨读取/写入转换器磁头801移动。读/写通道808在读取/写入转换器801和控制单元802之间传输读取/写入信号。数据通过I/O通道810与主机812进行通信。转换器801相对于磁带806的横向定位伴随有定位致动器814。需要横向重新定位，才能利用转换器801对磁带806的各个磁道进行访问。可以使用伺服系统来对转换器801进行准确的横向重新定位。伺服系统的例子包括伺服检测器816，用于检测磁头当前所在的磁道以及磁头是否偏离中心。控制单元802向位置误差检测控制器818指出所希望的新的磁道的磁道地址，以便重新定位磁头。伺服检测器816向位置误差检测控制器818指出当前磁道，控制器向定位致动器814提供伺服位置误差信号，而定位致动器814将转换器801重新定位到新的磁道。伺服系统还向定位致动器814提供磁道跟踪信号，以便磁带806上的磁道的间隔比较密集。
虽然是参考优选实施例特别显示，描述本发明的，但是那些本领域普通技术人员员将理解，在不偏离本发明的精神，范围和原理的情况下，可以进行各种修改。相应地，所说明的发明只是说明性的，并局限于所附的权利要求所说明的范围内。
权利要求
1.一种磁头，包括衬底；在衬底上沉积的第一平面，所述第一平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开；以及在衬底上沉积的第二平面，所述第二平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，第二平面相对于第一平面偏移，以便第一平面中的读取转换器与第二平面的读取转换器重叠，使得第一平面中的第一读取转换器和第二平面中的第二读取转换器一起跨过磁带上的被写入磁道的宽度。
2.根据权利要求1所述的磁头，进一步包括在衬底上沉积的第三平面，所述第三平面包括写入转换器的线性阵列，这些写入转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开。
3.根据权利要求1或2所述的磁头，其中，第一平面相对于第二平面偏移，偏移量等于磁头相对于磁带的总的位置不正的一半。
4.根据权利要求1所述的磁头，其中，第一读取转换器和第二读取转换器用导线串连连接。
5.一种磁记录器系统，包括记录磁带；用于线性地移动记录磁带的磁带驱动器；用于以磁性方式在记录磁带上记录数据以及用于感应记录磁带上以磁性方式记录的数据的磁头，所述磁头包括衬底；在衬底上沉积的第一平面，所述第一平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开；在衬底上沉积的第二平面，所述第二平面包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，第二平面相对于第一平面偏移，以便第一平面中的读取转换器与第二平面的读取转换器重叠，使得第一平面中的第一读取转换器和第二平面中的第二读取转换器一起跨过磁带上的被写入磁道的宽度；用于定位磁头以对记录磁带上的各个磁道进行访问的致动器；以及读/写通道，它与用于以磁性方式在记录磁带上记录数据以及用于读取记录磁带上记录的数据的磁头。
6.根据权利要求5所述的磁记录器系统，进一步包括在衬底上沉积的第三平面，所述第三平面包括写入转换器的线性阵列，这些写入转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开。
7.根据权利要求5所述的磁记录器系统，其中，第一平面相对于第二平面偏移，偏移量等于磁记录器系统相对于磁带的总的位置不正的一半。
8.一种提高记录在磁带上的来自磁道的读回数据的信号介质噪声比(SNR)的方法在记录磁带的磁道上写入；提供跨过被写入磁道的宽度的重叠的读取转换器对；同时读取所述读取转换器对的输出信号；确定哪一个读取转换器被100％定位在被写入磁道上；以及将被确定为100％定位在被写入磁道上的读取转换器的输出信号定向到磁记录系统的读/写通道。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定哪一个读取转换器被100％定位在被写入磁道上是根据读取转换器对的输出信号确定的。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定哪一个读取转换器被100％定位在被写入磁道上是根据伺服位置信号确定的。
全文摘要
提供了一种磁带记录磁头，包括，衬底，在衬底上沉积的第一平面，包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，以及在衬底上沉积的第二平面，包括读取转换器的线性阵列，这些读取转换器在基本上垂直于记录磁带相对于磁头的线性运动的方向的方向上彼此隔开，第二平面相对于第一平面偏移，以便第一平面中的读取转换器与第二平面的读取转换器重叠，使得第一平面中的第一读取转换器和第二平面中的第二读取转换器一起跨过磁带上的被写入磁道的宽度。提供了一种用于使用具有重叠的读取转换器的磁头来提高记录在磁带上的来自磁道的读回数据的SNR比的方法。
文档编号G11B5/008GK1909067SQ200610109129
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月4日
发明者罗伯特·G·比斯克伯恩, 梁颖 申请人:国际商业机器公司