专利名称：用于高性能数据记录的旁路写驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁数据记录。更具体地，本发明涉及用于改进高数据速率磁存储部件的数据记录性能的设备和方法。
磁存储部件中的写驱动电路(WD)是一种双向驱动流过写磁头的写电流的电路，写磁头用于把数据记录到例如磁盘的磁介质上。
图1示出一个示例性的磁盘机系统10，它具有一个用于记录数据的定位在磁盘12中的选定磁道上的读/写磁头11。
改进高数据速率(即，将数据写入磁介质的速度)下磁数据记录性能的一个障碍是，跃迁的磁通反转时间被写磁头磁芯中的涡流电流阻尼减慢。
改进磁数据记录性能的另一个障碍是和写驱动电路的硅元件相关的寄生电容，写磁头的电感和寄生电容以及写驱动电路和写磁头之间的互连产生的损耗增加了通过写磁头的写电流跃迁的上升及下降时间，从而降低写驱动电路的性能。图2是一个示意方块图，示出和写驱动电路相关的寄生电容CD，和写磁头相关的电感LH、电阻RH、寄生电容CH，以及写驱动电路WD和写磁头之间的用电感L1和电容C1组成的分布网路传输线为模型的互连。由于来自写驱动电路的写电流IW必须通过图2中所示的网路(其实质上形成一个低通滤波器)才能到达写磁头，写电流跃迁的上升时间和下降时间被减慢。
由于造成写电流跃迁期间的非线性跃迁偏移(NLTS)效应并且减慢写元件磁头尖磁场中的场跃迁，这种上升及下降时间的增加还降低数据记录性能。
常规写驱动电路典型地配置成具有电流开关H驱动电路例如FET驱动电路，差分放大器驱动电路以及电流映射H驱动电路。这样的常规配置在电流输入能力上是有限的。因此，对于因写磁头中的涡流电流阻尼、和写驱动电路的硅元件相关的寄生电容以及写驱动电路和写磁头之间的写磁头阻抗和互连损耗造成的磁通反转时间的增加，常规写驱动电路的补偿能力是有限的。
需要一种技术，用于补偿磁头磁芯中的涡流电流阻尼效应，并且还用于补偿和写驱动电路的硅元件相关的寄生电容、写磁头阻抗以及写驱动电路和写磁头之间的互连损耗，从而加快磁通反转时间。
本发明提供一种技术，这种技术通过提供暂时“过调”稳态写电流的写电流来补偿写磁头的磁芯中的涡流电流阻尼效应，从而减小写磁头的磁通反转时间。此外，本发明提供一种补偿和写驱动电路的硅元件相关的寄生电容、写磁头阻抗以及写驱动电路和写磁头之间的互连损耗的技术。
通过具有写驱动电路和旁路电路的磁头写驱动电路提供本发明的优点。该写驱动电路具有一条位于磁头写驱动电路的输入端和输出端之间的信号通路。该写驱动电路接收具有跃迁的输入信号并输出和输入信号相关的第一写信号。旁路驱动电路并联地和写驱动电路的信号通路连接，并输出和第一写信号的跃迁相关的辅助信号，该辅助信号和第一写信号耦合以形成输出写信号。根据本发明，该辅助电流通过暂时增加输出写电流的振幅缩短通过写磁头的电流反转时间，并且/或者通过向第一写信号增加电流或加大电压形成输出写信号对和磁头写驱动电路的输出端相关的寄生电容充电和放电。该增加的信号可对应一个选定的函数f(t)，该选定函数f(t)改变辅助信号的振幅或持续时间，或者改变二者。
本发明是以示例方式说明的，并且不由附图所限制，附图中相同的参照数表示相同的部件，附图中图1是一个示例性的其有读/写磁头的磁盘机系统，该读写磁头可采用根据本发明的旁路写驱动电路；图2是和写驱动电路及写磁头相关的阻抗和寄生元件，写磁头以及写驱动电路和写磁头之间的互连的示意方块图；图3是根据本发明的用于第K级连接旁路写驱动电路的电路拓扑方块图4是根据本发明的用于第K级连接旁路写驱动电路的总电路拓扑方块图；图5是根据本发明的用于第K级连接旁路写驱动电路的更详细拓扑方块图；图6是根据本发明的用于第N次延迟连接旁路写驱动电路的电路拓扑方块图；图7是根据本发明的用于电压增量旁路写驱动电路的电路拓扑方块图；图8是一个波形图，表示和根据本发明的电流步进增加技术相关的示例电流波形；图9是一个波形图，表示和根据本发明的电流函数增加技术相关的示例波形；图10是一个波形图，表示和根据本发明的可变幅度增加技术相关的示例波形；图11是一个波形图，表示和根据本发明的电压增量技术相关的示例波形；本发明提供一类本文中称为“旁路写驱动电路”(BPWD)的写驱动电路，它们采用电流或电压增加技术，从而改进磁存储系统，例如图1中所示的示范性磁盘机系统10，高数据速率下的数据记录性能。通过在每次写电流反转后暂时增加写电流降低记录数据的写磁头中的磁通反转时间和通过减小写处理期间的非线性跃迁偏移效应(NLTS)，本发明的旁路写驱动电路拓扑性能优于常规写驱动电路拓扑。
本发明对BPWD提供数种拓扑，例如，第K级连接拓扑(图3-5)，第N次延迟连接拓扑(图6)以及电压增量拓扑(图7)。本文中所使用的第K级连接BPWD指的是本发明的旁路电路，它连接在写驱动电路的第K级(K＝1,2，…，N)的输入端和该写驱动电路的输出端之间。例如，第4级连接拓扑具有一个在第4级的输入端和写驱动电路的输出端之间连接的旁路电路。
图3表示根据本发明的第K级连接BPWD电路30的总电路拓扑的示意方块图。旁路写驱动电路30包括一个旁路电路31，后者连接在写驱动电路32的输入端和输出端之间。BPWD电路30的输出端经互连33和写磁头34连接。根据本发明，写驱动电路32可以是一个常规的单通路写驱动电路。旁路电路31向经过写驱动电路32的通路提供并行通路以辅助写电路跃迁。向旁路电路31输入写均衡参数α和ΔT，以便为特定的互连33和/或写磁头34优化BPWD30。均衡参数α和ΔT分别控制旁路电路31所生成的电流或电压的初始振幅和持续时间。
图4是根据本发明的第2级连接BPWD电路40的总电路拓扑示意方块图。BPWD电路40典型地包括具有多级S1至SN的写驱动电路42。根据本发明，可以在写驱动电路的任意中间级SK的输入端和该写驱动电路的输出端之间连接一个旁路电路。WD电路(电路42)的体系结构确定连接BP电路的最佳位置。在图4的示范电路中BPWD电路40包括一个旁路电路41，后者在第二级S2的输入端处和写驱动电路42连接并且在第N级SN的输出端处和写驱动电路42连接。
图5是根据本发明的第K级连接BPWD电路50的另一种电路拓扑的示意方块图。BPWD电路50包括一个连接在写驱动电路52的输入端和部分输出端之间的旁路电路51。对于图5的体系结构，旁路电路51包括比较器C1和C2，正触发单脉冲电路S1和S2，加法块53以及由二极管D1、晶体管Q5和电流源αIW组成的电流源54，其中IW规定写电流的基底至峰值振幅。
比较器C1检测输入信号中的正向跃迁，比较器C2检测负向跃迁。当检测出一次跃迁时，单脉冲电路S1或S2生成一个通过加法块53施加到电流源54的脉冲信号。施加到电流源54上的脉冲信号使电流源54在写电流输出中生成离散电流增量，该增量辅助对和写驱动电路的硅元件相关的寄生电容、写磁头阻抗以及写驱动电路和写磁头之间的互连损耗的充电和放电。
电流变化特性取决于单脉冲电路S1和S2的特定输出。即，单脉冲电路S1和S2可具有简单方波电压脉冲波形或复杂的电压脉冲波形，以在BPWD电路50的输出端处生成所需的电流波形。当需要复杂的电压脉冲波形时，单脉冲电路S1和S2各输出和所需电路函数(CF)对应的波形。
图6是根据本发明的第N次延迟连接BPWD电路60的电路拓扑的示意方块图。BPWD电路60包括一个连接在延迟写信号通路63和写驱动电路62的部分输出端之间的旁路电路61。旁路电路61包括差分电路64，后者检测输入信号跃迁之间的时间周期，例如通过利用周知方式下的具有可变脉冲宽度的触发单脉冲电路。振幅控制电路65和差分电路64的输出端连接，并且根据写数据跃迁之间的持续时间控制辅助电流IW的振幅。旁路写驱动电路60不同于BPWD电路50。通过在写驱动电路60的输出端处提供连续写电流变化该电路生成离散写电流变化。根据写数据频率，即写电流跃迁的间隔，利用延迟写信号修改写电流的振幅。通常，写电流的振幅随写数据频率的增大而增大。BPWD电路60的连续受控电流输出对写电流跃迁频率优化，从而补偿写磁头的磁芯中的涡流电流阻尼并且补偿WD输出端处出现的寄生电容。
图7是根据本发明的电压增量BP-WD电路70的电路拓扑的示意方块图。BPWD电路70包括一个连接在第K级和写驱动电路72的输出端处的开关电路73之间的旁路电路71。开关电路73包括开关SWA1、SWA2、SWB1及SWB2，可以利用双极晶体管即场效应晶体管以周知的方式构造它们。控制信号S和S’接通一对适当的开关SWA1-SWA2或SWB1-SWB2以把写线路连接到±VS，从而在BPWD电路70的输出端处生成电压脉冲，该电压脉冲协助补偿写磁头的磁芯中的涡流电流阻尼并且协助对BPWD电路70的输出端处出现的寄生电容的充电和放电。在不存在写电流跃迁时控制信号S和S′都被去掉。
尽管常规写驱动电路典型地是电流驱动电路，例如图3-7中分别示出的写驱动电路32、42、52、62和72，这样的常规写驱动电路可以使用电流和/或电压信号驱动互连和写磁头。因此，本发明提供不同的BPWD电路拓扑，它们适用于添加用于补偿寄生电容的电流或电压。
电流步进增加技术需要旁路电路，以在写电流跃迁期间建立电流步进，这些电流步进叠加在写驱动电路输出电流IW上，从而在每次写电流跃迁时产生附加的电流步进。电流步进的持续时间和振幅分别通过写均衡参数ΔT和α设定。图3-6中示出的第K级或第N次延迟连接BPWD拓扑是最适当的用于电流注入技术的电路拓扑。图8是一个波形图，表示和根据本发明的电流步进增加技术相关的示例性电流波形81-83。波形81对应于常规写驱动电路(电路32,42和52)随时间变化的输出电流波形。波形81的振幅具有最大绝对值IW和上升时间τ。波形82对应于从旁路电路(电路31,41和51)输出的电流波形，其具有最大绝对振幅αIW和持续时间值ΔT。请注意，图8中表示的波形82相对于波形81的相对计时是任意选择的，其只是一种示例。波形82中的脉冲可做成和写波形81的斜坡(即反转)吻合。波形83是波形81和82的叠加。对于图6的第N次延迟连接BPWD拓扑，α标量因子是写电流跃迁率的函数。此外，如前面所说明的那样，可以延迟写电流信号，以在所需时刻建立电流函数f(t)，例如在写电流跃迁的开始时刻。
根据本发明，电流函数注入技术需要旁路电路，以便在写电流跃迁期间建立电流函数。一个标量因子用于确定旁路电路输出的脉冲的初始振幅，同时根据为提供写磁头的最佳磁性能的写电流的所需波形选择电流函数f(t)。
图9是一个波形图，表示和根据本发明的电流函数f(t)注入技术相关的示例波形91-93。波形91对应于写驱动电路(电路52)随时间变化的输出电流波形。波形91的振幅具有绝对值IW和上升时间τ。波形92对应于从旁路电路(电路51)输出的电流波形，它具有最大绝对振幅αIW、斜坡函数波形和持续时间值ΔT，用于补偿写驱动电路输出的写电流上升和下降的时间τ。这里，开关SW1应具有连续函数，而不是离散函数。开关SW1的控制电压应形成图9中所示的所需函数f(t)。波形93是波形91和92的叠加。该示范性的补偿建立所需的方波写电流波形93。此外，可以延迟旁路电路输出的写电流信号，从而可在所需时刻设置电流函数f(t)，例如在写电流跃迁的开始时刻。对于电流函数注入技术，图3-5的第K级连接BPWD拓扑是最合适的电路拓扑。
图10是一个波形图，表示和根据本发明的可变振幅注入技术相关的示例波形100-103。图6的第N次延迟连接BPWD拓扑最适用于可变振幅注入技术。波形101对应于写驱动电路(电路62)随时间变化的输出电流波形。波形101的振幅的绝对值为IWD。波形102对应于从旁路电路(电路61)输出的具有可变绝对振幅F(T)IWD的电流波形，其中T是相继跃迁之间的时间(周期)，F(T)是旁路电流F(T)IWD对T的函数关系。波形103是波形101和102的叠加。本发明的可变振幅注入技术用写电流跃迁频率(周期T)调制写电流的振幅。该特定技术保持跃迁后的写电流振幅，这和上面二种注入技术相反。此外，仅在下次跃迁时改变振幅。因此，存在作为写电流跃迁频率的函数的写电流振幅的连续变化，如图10中所示。
对于低频率的写电流跃迁，仅由写驱动电路生成写电流IW。对于较高的跃迁频率，由写驱动电流和旁路电路生成写电流，在这种情况下写电流的瞬时振幅为IW＝F(T)×IWD＋IWD，其中F(T)取决于间隔时间T，而IWD是由WD电路生成的电流量。例如，当TS≥T0时，F(T)＝0，以及当TS≤T0时，F(T)＝α(T0-TS)，其中T0是选定的跃迁时间周期，TS是相邻写电流跃迁之间的时间，α是一个标量常数。
本发明的电压增量技术要求旁路写驱动电路以在每个写电路跃迁时刻在WD电路的输出端建立电压步进(VW)，用于比WD电路72更快地向寄生电容CD充电。电压步进的持续时间和振幅分别由写均衡参数ΔT和αVW设定。图7的电压增量BPWD电路拓扑是最适宜于充当电压步进增加技术的拓扑。图11是波形图，表示和根据本发明的电压步进增加技术相关的示例波形111-113。波形111对应于写驱动电路(电路72)随时间变化的输出电流波形。波形111具有最大绝对振幅IW和上升时间τ。波形112对应于从旁路电路(电路71)输出的电压波形，它具有最大绝对振幅αVW和持续时间值ΔT。波形113是结果电流波形，表示通过对写线路连接±VS电压把电压波形112并联到写驱动电路72的输出端的效果。通过开关电路73可以方便地使图11中指出的αVW振幅最大化到VS。
虽然连同示范实施例对本发明进行了说明，应意识到并理解在不违背本发明的真正精神和范围下可进行各种修改。
权利要求
1.一种磁头写驱动电路，包括一个接收输入信号并输出和该输入信号有关的第一写信号的写驱动电路，第一写信号具有跃迁，该写驱动电路具有一条位于该磁头写驱动电路的输入端和输出端之间的信号通路；以及一个和写驱动电路的信号通路并联连接的旁路驱动电路，该旁路驱动电路输出辅助信号，辅助信号和第一写信号耦合形成输出写信号，该辅助信号和第一写信号的跃迁相关。
2.根据权利要求1的磁头写驱动电路，其中辅助信号起缩短输出写信号中电流跃迁的反转时间的作用。
3.根据权利要求2的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
4.根据权利要求2的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
5.根据权利要求1的磁头写驱动电路，其中辅助信号起暂时增大输出写信号的振幅的作用。
6.根据权利要求5的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
7.根据权利要求5的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
8.根据权利要求1的磁头写驱动电路，其中辅助信号对和磁头写驱动电路的输出端相关的寄生电容充电和放电。
9.根据权利要求8的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
10.根据权利要求8的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
11.根据权利要求1的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
12.根据权利要求11的磁头写驱动电路，其中增加的电流信号对应于某选定函数f(t)。
13.根据权利要求12的磁头写驱动电路，其中选定函数f(t)改变辅助信号振幅和辅助信号持续时间中的一种。
14.根据权利要求11的磁头写驱动电路，其中写驱动电路包括多级，并且其中把旁路驱动电路并联地连接在写驱动电路的位于写驱动电路的某选定级的输入端和写驱动电路的至少一部分输出端之间的信号通路上。
15.根据权利要求11的磁头写驱动电路，其中写驱动电路包括检测输入信号的跃迁频率的延迟电路，并且其中旁路驱动电路包括和延迟电路连接的振幅控制电路，辅助信号输出其振幅和输入信号的跃迁频率相关的电流信号。
16.根据权利要求1的磁头写驱动电路，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
17.根据权利要求16的磁头写驱动电路，其中旁路驱动电路包括和写驱动电路的输出端连接的开关电路，该开关电路把基准电压耦合到第一写信号以形成输出写信号。
18.一种用于生成写磁头的写信号的方法，该方法包括以下步骤接收具有跃迁的输入信号；输出和输入信号相关的第一写信号；生成并联于输入信号和第一写信号之间的信号通路的辅助信号，辅助信号和写信号的跃迁相关；以及通过把辅助信号组合到第一写信号上形成输出写信号。
19.根据权利要求18的方法，其中辅助信号起缩短输出写信号中电流跃迁的反转时间的作用。
20.根据权利要求19的方法，其中辅助信号是电流信号，并且其中形成输出写信号的步骤把电流信号增加到第一写信号上以形成输出写信号。
21.根据权利要求18的方法，其中辅助信号起暂时增大输出写电路的振幅的作用。
22.根据权利要求21的方法，其中辅助信号是电流信号，并且其中形成输出写信号的步骤把电流信号增加到第一写信号上以形成输出写信号。
23.根据权利要求18的方法，其中辅助信号对和输出写信号相关的寄生电容充电和放电。
24.根据权利要求18的方法，其中辅助信号是电流信号，并且其中形成输出写信号的步骤把电流信号增加到第一写信号上以形成输出写信号。
25.根据权利要求18的方法，其中辅助信号是电流信号，并且其中形成输出写信号的步骤把电流信号增加到第一写信号上以形成输出写信号。
26.根据权利要求25的方法，其中生成辅助信号的步骤生成和某选定函数F(t)对应的电流信号。
27.根据权利要求26的方法，其中选定函数改变辅助信号的振幅和辅助信号持续时间中的一种。
28.根据权利要求25的方法，其中生成辅助信号的步骤生成与输入信号和第一写信号之间的至少一部分信号通路平行的辅助信号。
29.根据权利要求25的方法，其中生成辅助信号的步骤包括步骤检测输入信号的跃迁频率，以及生成其振幅和输入信号的跃迁频率相关的电流信号。
30.根据权利要求18的方法，其中辅助信号是电压信号，并且其中形成输出写信号的步骤把电压信号增加到第一写信号中以形成输出写信号。
31.根据权利要求30的方法，其中形成输出写信号的步骤把基准电压和第一写信号相耦合以形成输出写信号。
32.一种具有磁头写驱动电路的磁盘机系统，该磁头写驱动电路包括一个接收输入信号并输出和该输入信号有关的第一写信号的写驱动电路，第一写信号具有跃迁，该写驱动电路具有一条位于该磁头写驱动电路的输入端和输出端之间的信号通路；以及一个和写驱动电路的信号通路并联连接的旁路驱动电路，该旁路驱动电路输出辅助信号，辅助信号和第一写信号耦合形成输出写信号，该辅助信号和第一写信号的跃迁相关。
33.根据权利要求32的磁盘机系统，其中辅助信号起缩短输出写信号中电流跃迁的反转时间的作用。
34.根据权利要求33的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
35.根据权利要求33的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
36.根据权利要求32的磁盘机系统，其中辅助信号起暂时增大输出写信号的振幅的作用。
37.根据权利要求36的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
38.根据权利要求36的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
39.根据权利要求32的磁盘机系统，其中辅助信号对和磁头写驱动电路的输出端相关的寄生电容充电和放电。
40.根据权利要求39的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
41.根据权利要求39的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
42.根据权利要求32的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电流以形成输出写信号。
43.根据权利要求42的磁盘机系统，其中增加的电流信号对应于某选定函数f(t)。
44.根据权利要求43的磁盘机系统，其中选定函数f(t)改变辅助信号振幅和辅助信号持续时间中的一种。
45.根据权利要求32的磁盘机系统，其中写驱动电路包括多级，并且其中把旁路驱动电路并联地连接在写驱动电路的位于写驱动电路的某选定级的输入端和写驱动电路的至少一部分输出端之间的信号通路上。
46.根据权利要求32的磁盘机系统，其中写驱动电路包括检测输入信号的跃迁频率的延迟电路，并且其中旁路驱动电路包括和延迟电路连接的振幅控制电路，辅助信号输出其振幅和输入信号的跃迁频率相关的电流信号。
47.根据权利要求32的磁盘机系统，其中辅助信号对第一写信号增加电压以形成输出写信号。
48.根据权利要求47的磁盘机系统，其中旁路驱动电路包括和写驱动电路的输出端连接的开关电路，该开关电路把基准电压耦合到第一写信号以形成输出写信号。
全文摘要
一种磁头写驱动电路包括并联在磁头写驱动电路的输入输入端之间的写驱动电路和旁路驱动电路。写驱动电路接收具有跃迁的输入信号并输出和输入信号相关的第一写信号；旁路驱动电路输出耦合到第一写信号的辅助信号以形成输出写信号。辅助信号和第一写信号的跃迁相关，并且通过在跃迁时刻对写信号生成“过调”帮助缩短写信号跃迁的反转时间。此外，辅助信号帮助对和磁头写驱动电路的输出端相关的寄生电容的充电和放电。
文档编号G11B5/012GK1239296SQ99108338
公开日1999年12月22日 申请日期1999年6月9日 优先权日1998年6月12日
发明者约翰·T·康特利罗斯, 克拉斯·B·克拉森, 亚可波斯·V·皮朋 申请人:国际商业机器公司