专利名称：使用感应磁头和磁阻磁头的磁数据读出装置及方法
技术领域：
本发明涉及读出磁数据，更详细地说，涉及使用电磁和磁阻磁头的装置和方法。
计算机一般包括一个或多个存储器存储设备，如直接存取存储设备或DASD，这些设备带有在其上可以写入数据且从其中可以读出数据的媒体。广泛使用的DASD是一种磁盘驱动单元，该单元包括一些带有磁记录表面的刚性磁盘。磁盘以高速旋转，并且传感器磁头组件相对于磁盘轴线而运动，以便把该磁头与磁盘表面上的数据存储区或数据存储带对准。该传感器磁头由一个空气轴承磁头滑动器支撑，并在靠近磁盘表面处浮动，以便在磁头与磁盘表面没有物理接触的情况下写入或读出数据。用磁性方法存储在磁盘表面上的信息一般既包括用户数据又包括伺服位置信息。
在常见的执行过程中，一些平行的、隔开的磁盘同时旋转，并且一些联动的磁头组件通过一个伺服电机横过旋转的磁盘表面而运动。为了把传感器磁头与磁盘上的可寻址数据存储位置对准，就用该传感器磁头组件读出伺服定位信息，以提供用来操作伺服电机的反馈信息。因此，该磁盘驱动单元包括一些磁头组件，该磁头组件既读出伺服位置信息又读出存储的数据，而且还把数据写入磁盘。
在过去，磁盘驱动单元使用电磁传感器组件来写入和读出数据。为了向磁盘表面写入数据或从磁盘表面读出数据，一个典型的电磁传感器是一个感应磁头，该感应磁头带有一个线圈和一些形成磁隙的隔开金属磁极片。随着计算机数据存储密度和运算速度的提高，电磁磁头结构已经发生了改变。一个典型的现代电磁磁头是一种小型薄膜结构，它包括一个线圈、一些引线和一些相隔很近的磁极。
已经有一种使用磁阻磁头来读出存储数据的趋势，因为磁阻磁头具有公认的适于读出磁记录数据的特征。一个磁阻磁头包括一个小型传感器，该传感器限定了一个有效读出区域或间隙，该间隙比薄膜感应磁头的磁极到磁极的间隔窄。在磁阻材料中由来自磁盘的磁通所引起的电阻变化，提供了一个相当大的信号幅度，当该磁头在离开磁盘轴线不同的径向距离处读出数据时，该幅度是比较稳定的。
已经提出把一个薄膜感应磁头和一个磁阻磁头组合成单个磁头组件，其中感应磁头用来把数据写入磁盘表面，而磁阻磁头用来从磁盘读出数据和伺服位置信息。美国专利4,504,880公开了一种集成磁头组件，该组件包括一个感应写入子组件和一个磁阻读出子组件。在这个专利的组件中，磁阻材料位于感应磁头的诸磁极片之间的间隙中。
在常规使用带有磁阻读出磁头和感应写入磁头的磁头组件中，该磁头组件对准信息存储磁道，这些磁道包括有存储数据的数据段和点缀有存储伺服信息的伺服信息段。在数据读出操作中，该磁阻磁头交替地读出伺服信息和数据。在数据写入操作中，该磁阻磁头读出伺服信息，而感应磁头写入数据。一种控制，如机载的或远程的CPU，提供用来在数据功能和伺服信息功能之间切换该磁头组件的同步信息。
虽然磁阻磁头具有用来读出数据的优点，但是已知的集成磁头组件系统具有一些缺点。由磁阻磁头提供的信号在跨越磁盘半径时，具有比较稳定的或有些下降的幅度，并且实际上没有充分利用外径处的结合(banding)过程。窄的磁阻磁头提供了一个在穿过磁道方向上不对称的信号，因而降低了伺服线性。磁阻磁头窄的读出宽度使得它对小的介质缺陷和对伺服不规则性(如擦除带间隙)很敏感。
由磁阻头提供的读出信号一般由一个前置放大器来处理，以提供一个对计算机有用的输出信号。在1994年2月2日的一个IDEMA磁头/技术讨论会期间，由Silicon System的T.Ward公开了一种前置放大器模块(SSI 32R1540 MRPreamp)。这一模块包括一个带有电压敏感放大器的前置放大器和一个在诸第一级发射极之间的耦合电容器，这些电压敏感放大器用于放大具有对应偏压的磁阻磁头信号。该电路还包括诸前置放大器，用于读出来自感应磁头的信号，这些信号能用来代替来自磁阻磁头前置放大器的信号以读出伺服信息。
本发明的主要目的在于提供用来读出磁记录信息的先进的装置和方法，其中克服了常规磁头组件的缺点。其他目的在于提供其中在磁盘的不同径向位置处使性能最优化的装置和方法；提供其中在数据和伺服读出功能方面都使性能最优化的装置和方法；提供其中磁头组件对于表面缺陷的敏感性得以降低的装置和方法；提供其中关于非对称性和不稳定性的困难得以减少的装置和方法；提供其中在脱轨能力和伺服线性方面都可以读出伺服信息的装置和方法；提供其中在数据读出操作期间的结合能力在靠近磁盘外径处得以提高的装置和方法；以及提供使过去使用的磁数据读出装置和方法的缺点得以克服的装置和方法。
简单地说，根据本发明，提供了一种包括一个壳体的数据存储装置。在该壳体中装有包括信息存储区的磁数据存储媒体。在该信息存储区上有磁记录的信息流。一个传感器磁头组件装在所述壳体中。一个执行器装置连接到该传感器磁头组件上，以便相对于该数据存储媒体移动该传感器磁头组件。一个控制装置连接到该执行器上，用来把该传感器磁头组件定位到对准该信息存储区。该传感器磁头组件包括叠置的一个磁阻磁头和一个电磁磁头，用于同时对准该信息流。一个前置放大器连接到该传感器磁头组件上，用来处理从该信息存储区读出的信号。该数据存储装置的特征在于该前置放大器包括用来同时处理由该磁阻磁头和该电磁磁头读出的信号的信号处理装置。
简单地说，根据本发明的另一个方面，提供了一种用来从带有存储区的磁性媒体进行读出的方法，该存储区包括记录的信息流。该方法包括定位一个磁阻磁头而对准该存储区并且把一个电磁磁头与对准该存储区的该磁阻磁头叠置。用该磁阻磁头和该电磁磁头同时读出该信息流。通过把来自该磁阻磁头和该电磁磁头的信号组合起来而提供一个输出信号。
从以下在附图中表明的本发明最佳实施例的详细描述中，可以更好地理解本发明以及上述的和其他的目的和优点，在附图中
图1是一种实施本发明的数据存储磁盘存储器的部分示意和简化的剖视图；图2是图1的数据存储磁盘存储器的部分示意和简化的平面图；图3是图1的数据存储磁盘存储器的一个传感器磁头组件的放大的、局部后视图；图4是图3的传感器磁头组件的部分的大比例放大的剖面图5是图1的磁盘存储器的一个刚性磁盘表面一部分的平面图；图6是用于该传感器磁头组件的一个前置放大器电路的示意图；图7是一张曲线图，表示在伺服位置信息读出期间图5的前置放大器电路的放大器级的相对增益的分配；以及图8是一张曲线图，表示在数据信息读出期间图6的前置放大器电路的放大器级的相对增益的分配。
现在参照诸图，在图1中，表明一种数据存储磁盘存储器，一般标号为10，该存储器包括一个刚性磁盘驱动单元12和一个一般标号为14的接口控制单元。单元12以简化的和示意的且足以理解本发明的形式表明。本发明的应用不限于具体驱动单元结构的细节。
磁盘驱动单元12包括由诸磁盘18叠置而成的存储器16，每个磁盘至少具有一个磁表面20。磁盘18相互平行地安装在一个壳体22内，以便在一个整体的主轴和电动机组件26上并借助于该组件同时转动。在每个磁盘表面20上的信息由一个对应的感应磁头组件28从磁盘表面20读出或写入该磁盘表面20，该磁头组件可在一个具有一个横过旋转磁盘表面20的径向元件的轨道上运动。
每个传感器磁头组件28都安装在一个由一个臂32携带的挠性弹簧上。诸臂32套在一起，以便绕一个支承主轴34同时进行旋转运动。一个臂32包括一个在旋转运动中由一个磁头伺服电机38驱动的延伸部分36，该电机38包括一个与一个内部磁铁和铁芯组件共同工作的音频线圈39。施加到音频线圈39上的驱动信号使臂32一致地运动，以定位传感器磁头组件28而与写入或读出信息的磁盘表面20上的信息存储磁道对准。
磁盘驱动单元12在操作中由控制单元14提供的信号控制，这些信号包括在线26A上的电机控制信号和在线38A上的磁头位置控制信号。在一般的配置中，控制单元14给一个接口提供一个提供数据读出和写入命令的计算机，并且把数据信号经过诸对应线28A从传感器磁头组件或向该组件传输，诸线之一见图1。伺服位置信息记录在磁盘表面20上，并且传感器头组件28读出这一伺服信息，以把一个伺服位置信号提供给控制单元14。这一信息被控制单元14用来在线38A上提供位置控制信号。这一位置反馈系统的目的是保证传感器磁头组件28的准确的连续定位，从而把数据写入磁盘表面20上的精确位置和从该位置读出数据。
在图5中，看到的是一个磁盘表面20的一部分。示意地但不是按比例地表明多个信息存储磁道24中的单个磁道的一部分。磁道24包括由伺服段24B分开和隔开的数据存储段24A。每个磁盘表面20都包括大量的磁道24，每个磁道都包括可以写入和读出一些通过控制单元14引导的用户数据的数据存储段24A。诸段24A由预先记录伺服信息脉冲串的伺服段24B隔开。
现在参照图3和4，在这里以简化的形式且不按比例地表示诸传感器磁头组件28中的一个的诸部分。组件28是一个集成的磁阻磁头和感应磁头的组合件，最好象在美国专利4,504,880中公开的那样，该专利在这里作为参考。对于传感器磁头组件28的更详细描述，还可以查阅这一专利，这有助于理解本发明。
组件28包括一个浮在对应旋转磁盘表面20上方的空气轴承磁头滑动器42。滑动器42支撑着一个感应磁头组件44和一个磁阻磁头组件46。感应磁头组件44用薄膜工艺制造，并且包括一个一般为平面的线圈48，该线圈的外形见图3。线圈48包括一些由绝缘材料层52包围的多匝50，其一部分见图4。线圈48通过一对磁极片54和56以及一个基底间隙隔板(back gap closure)58形成环路。一对附加的绝缘层60和62覆盖着线圈48。
磁极片54和56由一个感应传感间隙64分开。间隙64包含一对绝缘间隙层66和68。在层66和68之间布置有包括诸导体72和一个磁阻传感器条74的磁阻磁头组件46的诸元件。磁极片54和56用作磁阻传感器74的护罩。因为磁阻传感器74一般位于感应间隙64的中心，所以感应磁头组件44和磁阻磁头组件46是层叠的，并且同时探测沿磁盘表面20的磁道24用磁性方法存储的信息。
根据本发明，每个磁头组件28的感应磁头组件44的磁阻磁头组件46一齐用来从磁盘表面20读出数据和伺服信息。图6是一个电路80的示意图，该电路包括一个用来处理来自磁头组件28之一的两个磁头组件44和46的读出信号的前置放大器82，以便在磁盘18上所有的径向位置处实现改进的信息存储磁道24的伺服和读出数据的操作。
前置放大器82包括一个用于磁阻磁头传感器74的第一前置放大器级84。用于磁阻磁头传感器74的偏流由一个与传感器74串联连接在正电源电压端88与地电位点之间的电流源86提供。传感器74两端之间的电压由一对其发射极AC由一个电容94耦合的差动晶体管90和92读出，以保证磁阻传感器74两端之间的电压的直流补偿。这个第一前置放大器级84的增益由一对公共控制的偏流源96和98设定。电流源96和98分别连接在晶体管90和92的发射极与一个负电源端100之间。两个分立的电流源96和98用来使耦合电容两端之间的DC电压能存在。
一个用于感应磁头44的第二前置放大器级102包括一对具有其基极连接到薄膜感应线圈48的晶体管104的106，以放大来自感应磁头44的输出信号。一对连接在地与晶体管104和106的基极之间的电阻108和110为这两个晶体管提供基极电流，并保持线圈48的直流电平接近地电位。这个第二前置放大器级的增益由一个连接在负电压端100与晶体管104和106的发射极之间的偏流源112设定。
把来自第一和第二放大器级84级102的信号组合起来，并供给一个包括晶体管116和118的一个CASCODE连接对的公共第三放大器级114，晶体管116和118具有连接到基准电压端120的基极。来自晶体管90和104的电流通过晶体管116，并通过一个负载电阻122。来自晶体管92和106的电流通过晶体管118，并通过一个负载电阻124。因而，第一和第二级84和102是相互并联的，并且两者都与第三级114串联。在CASCODE晶体管116和118的集电极处的正的和负的前置放大器输出信号连接到一个或多个另外的放大级126上。一个电路输出端128提供一个输出信号，该信号包括磁阻传感器74产生的分量和感应磁头组件44产生的分量。
根据本发明，提供了一个增益控制130，它通过控制偏流源96、98和112的工作电平来调节放大器级84和102的增益。增益控制130包括一个反馈控制132，用来调节前置放大器82的总增益；一个模式控制134，用来操作用于伺服或数据操作的前置放大器82；以及一个磁头移动控制136，用来在一个包括磁头移动操作的数据恢复过程的情况下取代正常的操作。
反馈控制132调节偏流源96、98和112，以保持一个恒定的、或至少为最大的直流电流流过负载电阻122和124。前置放大器输出端的直流输出电平在放大器126的输入端检测，并由一线路138送回到增益控制130。如热电阻变化之类的变量被补偿，并且级84、102和114的总增益被保持在要求的恒定值。
模式控制134根据磁头组件28的径向位置以及根据该磁头组件是对准存储磁道24的数据扇区24A还是伺服扇区24B，来优化前置放大器的操作。增益控制130由一根数据总线140连接到一个中央处理单元(CPU)142，并供给定时信息，使放大器操作与数据和伺服带段同步，还与径向磁头位置信息同步。例如CPU142可以载在数据存储磁盘存储器10上，且可以并入控制单元14或可以远离存储器10。
为了读出伺服信息，第一和第二放大级84和102的总增益要按比例分配，该比例随磁头组件28在磁盘表面20上的径向位置而变。分配方法见图7，其中，来自磁阻磁头46的信号成分用实线表示，而来自感应磁头44的信号成分用虚线表示。总量或百分之百是在任一径向位置处这两个成分之和。竖轴表示信号成分的百分比，而横轴表示磁头组件28在磁盘表面20上的径向位置。
在磁盘表面的内径(ID)处，放大器级84的增益稍大于第一和第二级84和102的总增益的一半。相反，放大级102的增益稍小于一半。在离开该内径约五分之一路径的位置处，各成分相等。在表面20的外径(OD)处，放大器级102的增益几乎构成所有的总增益，而级84的成分相当小。这些相对的成分是由增益控制130通过调节电流源96、98和112而设定的偏流电平所产生的。
在读出伺服扇区24B时，感应和磁阻信号的成分提供一个跨道分布图(cross track profile)，该分布图由于磁阻传感器74而具有一个一致的高中心幅度。通过附加来自感应磁头的信号提供超出磁阻间隙宽度以外的低幅处的灵敏度。生成中心加载的、相当宽的灵敏度分布图对于可靠地和线性地读出伺服数据是有利的。例如，组合的信号正好适合于在记录时对擦除带间隙求平均值。
对于从数据段24A上读出数据信息，第一和第二放大器级84和102的总增益也随磁头组件28在磁盘表面20上的径向位置而变。分配方法见图8。比较图7和8，可以明白把不同的增益控制方法用于数据和伺服读出。前置放大器根据由CPU142提供的信号与径向磁道位置同步。
对于从磁盘表面内径延伸至磁盘外径的远大于一半路径的径向位置，只使用第一放大器级84，而放大器级102的增益设定为零。随着磁头组件28接近表面20的外径，放大器级102的增益增大。在外径处，放大器级1O2的成分稍大于一半。
磁阻磁头46在不靠近磁盘表面20的外径时在读出数据方面是有效的。然而，磁阻磁头46提供一个取决于磁通量但不取决于速度的信号，而感应磁头组件44提供一个其辐度随磁头在磁盘表面上的行进速度增大而增大的信号。靠近磁盘表面外径时，磁道24和数据段24A越来越长，并且相对磁头速度增大。除磁阻信号外还在这些区域使用感应信号，能有效地进行数据结合，即增大了沿磁道段24A的数据频率，以便在较大半径处增大磁盘速度时保持恒定的线性密度。
虽然在图7中的曲线一般表示为线性的，但也可以使用其他的增益分配方法。类似地，在图8所见的部分非线性曲线，如果需要也可以是线性的或部分线性的。此外，尽管在图7和8中的曲线是连续的，但也可以使用阶跃函数方法来代替。例如，在对应于和存储器一起使用的数据结合图的径向距离处，可以分步调节各增益。
其他的优点来自把磁阻和感应磁头46和44的信号组合起来。磁阻磁头46的窄的灵敏度磁道使它变得对相当小的媒体缺陷敏感。用感应信号补充磁阻信号提高了磁头组件耐受媒体缺陷的能力，因为感应磁头44具有较宽的灵敏度区域。此外，通过添加对称的感应信号改善了不对称的磁阻输出信号。
存在这样的情况，磁阻磁头46的脱轨检测能力是最重要的。在数据恢复过程中，当打算从数据读出失败恢复时，该过程中的一个步骤可以包括把磁头组件28在径向方向移动一个磁道宽度的几分之一。在这一过程中，感应磁头宽的读出间隙由于侧干扰而会产生问题。因此，增益控制130包括一个磁头移动控制136，磁头移动控制136响应从CPU142和总线140接收的数据恢复指令而工作，以把感应信号的增益减小到零并且控制磁阻放大器级84的增益而提供增益的全部。
尽管已经参照附图中所示的本发明实施例的细节，描述了本发明，但是这些细节并不用来限制在所附的权利要求书中所要求的本发明的范围。
权利要求
1.一种数据存储装置以组合方式包括壳体装置；一个磁数据存储媒体，包括装在所述壳体装置中的一个信息存储区；一个在所述信息存储区上的磁记录的信息流；一个传感器磁头组件，装在所述壳体装置中；连接到所述传感器磁头组件上的致动器装置，用来相对于所述数据存储媒体移动所述传感器磁头组件；连接到所述致动器装置上的控制装置，用来把所述传感器磁头组件定位，以对准所述信息存储区；所述传感器磁头组件包括一个磁阻磁头和一个电磁磁头；所述磁阻磁头和所述电磁磁头是叠置的，以便同时对准所述信息流；以及一个连接到所述传感器磁头组件上的前置放大器，用来处理从所述信息存储区读出的信号；所述数据存储装置的特征在于所述前置放大器包括用来同时处理由所述磁阻磁头和所述电磁磁头读出的信号的信号处理装置。
2.根据权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于所述电磁磁头包括一个带有一个线圈和一个间隙的感应磁头，而所述磁阻磁头带有一个位于所述间隙中的磁阻传感器。
3.根据权利要求2所述的数据存储装置，其特征在于所述磁阻传感器位于所述间隙的中心。
4.根据权利要求2所述的数据存储装置，其特征在于所述间隙由一对磁极片限定，所述磁极片进一步包括一些用于所述磁阻传感器的护罩。
5.根据权利要求1所述的数据存储装置，其特征在于所述信号处理装置包括一个连接到所述磁阻磁头上的第一放大器装置和一个连接到所述电磁磁头上的第二放大器装置、以及用来设定所述第一和第二放大器装置的增益的增益控制装置。
6.根据权利要求5所述的数据存储装置，其特征在于所述磁媒体包括一个可旋转磁盘，所述信息存储区包括一个所述磁盘的表面，并且所述传感器磁头组件包括一个空气轴承磁头滑动器，该滑动器把所述磁阻磁头和所述电磁磁头支撑在所述磁盘表面上方。
7.根据权利要求6所述的数据存储装置，其特征在于进一步包括对所述传感器磁头组件在所述磁盘表面上的径向位置敏感的装置，用来改变所述第一和第二放大器装置中的至少一个的增益。
8.根据权利要求6所述的数据存储装置，其特征在于进一步包括对所述传感器磁头组件在所述磁盘表面上的径向位置敏感的装置，用来分配所述第一和第二放大器装置的相对增益。
9.根据权利要求6所述的数据存储装置，其特征在于所述数据存储装置包括在磁头移动恢复过程期间使所述第二放大器装置无效的装置。
10.根据权利要求5所述的数据存储装置，其特征在于进一步包括连接到所述第一和第二放大器装置上的第三放大器装置。
11.根据权利要求10所述的数据存储装置，其特征在于进一步包括一个连接在所述第三放大器装置与所述增益控制装置之间的反馈通路，并且所述增益控制装置包括用来调节所述第一、第二和第三放大器装置的总增益的装置。
12.根据权利要求6所述的数据存储装置，其特征在于所述信息流包括数据段和交替的伺服段，并且所述增益控制装置包括用来根据所述磁头组件与所述数据和伺服段的对准而分别为第一和第二操作模式设定所述增益的装置。
13.用来从旋转磁数据存储磁盘的磁表面的磁道读出数据信息和伺服信息的装置，所述装置包括一个集成的磁头组件，包括一个磁阻磁头和一个叠置的电磁磁头；及放大器装置，用来同时处理来自所述磁阻磁头和电磁磁头的信号。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述放大器装置包括一个第一级，该级带有一个连接到所述磁阻磁头的输入端并带有一个输出端；一个第二级，该级与带有一个连接到所述电磁磁头的输入端并带有一个输出端的所述第一级并联；以及第三级，该级带有一个连接到第一和第二级的所述输出端的输入端。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于进一步包括增益控制装置，用来彼此独立地调节所述第一和第二级的增益。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于所述增益控制装置包括，用来根据所述磁头组件相对于磁盘表面的径向位置，在所述第一和第二级之间分配所述第一和第二级的总增益的装置。
17.根据权利要求15所述的装置，其特征在于所述分配装置随着所述磁头组件相对于磁盘表面的径向位置的加大，而增加所述第二级的相对增益。
18.根据权利要求16所述的装置，其特征在于所述分配装置包括用来分别对伺服信和数据信息进行不同分配的模式控制装置。
19.根据权利要求15所述的装置，其特征在于所述增益控制装置包括用来根据磁头移动数据恢复过程，停止所述第二级的增益的磁头移动控制装置。
20.一种用来从一个带有存储区的磁媒体进行读出的方法，该存储区包括记录的信息流，所述方法包括定位一个磁阻磁头以对准存储区；把一个电磁磁头与对准存储区的磁阻磁头叠置；用磁阻磁头和电磁磁头同时读出信息流；及通过把来自磁阻磁头和电磁磁头的信号组合起来而提供一个输出信号。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于进一步包括在所述的组合步骤之前预放大来自磁阻磁头和电磁磁头的信号。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述预放大步骤包括依据传感器磁头组件在磁盘上的径向位置来调节来自磁阻磁头和电磁磁头的所述信号的相对成分。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述预放大步骤包括在所述预放大步骤期间调节放大增益，以调节组合的数据输出信号的DC电平。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述预放大步骤包括在一个磁头移动数据恢复过程期间使来自电磁磁头的信号无效。
25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述预放大步骤包括检测读出的信息流是数据还是伺服，并且依据读出的信息流是数据还是伺服，调节来自磁阻磁头和电磁磁头的所述信号的相对成分。
全文摘要
一种刚性磁盘驱动单元，包括既带有感应磁头又带有磁阻磁头的磁头组件。当从磁盘表面上读出信息时，把来自感应磁头信号和磁阻磁头的信号结合起来以提供一个输出信号，借此克服单独使用两者之中的任何一个信号的缺点。依据磁头组件在磁盘上的径向位置和依据读出的信息是数据还是伺服位置信息，改变磁阻信号和感应信号的相对成分以优化性能。在数据恢复过程磁头移动操作期间，忽略不计感应信号。
文档编号G11B19/04GK1164103SQ9710454
公开日1997年11月5日 申请日期1997年3月25日 优先权日1996年5月1日
发明者厄尔·阿尔伯特·库宁哈姆, 乔蒂·安·克里斯那 申请人:国际商业机器公司