CN102804265B - 带有靠近写入极的传感器的换能器设计 - Google Patents

带有靠近写入极的传感器的换能器设计 Download PDF

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Abstract

一种磁设备包括读取传感器、写入器以及同步传感器。该磁设备被配置成向包括多个分离的磁比特的磁介质写入信息以及从该磁介质读取信息。写入器包括写入元件、磁耦合至写入元件的第一返回元件、以及磁耦合至写入元件的第二返回元件。写入元件位于第一和第二返回元件之间。同步传感器定位成在紧密间隔安排中毗邻写入器的写入元件，且被配置成根据所感测的磁比特生成信号。该信号被用于相对于所感测的磁比特定位写入元件。

Description

带有靠近写入极的传感器的换能器设计
背景
硬盘驱动器(HDD)通常包括一个或更多个磁介质盘，每个盘具有用于存储数据的同心数据磁道。在使用多个盘的场合，由具有大致相同直径的各同轴盘形成堆叠。由滑块承载的换能头被用于从盘上的数据磁道读取以及向盘上的数据磁道写入。该滑块由磁头臂组装件(HAA)承载，该磁头臂组装件(HAA)包括致动臂和悬架组装件，它们可包括分开的万向架结构或者可集成地形成万向架。在操作期间，当盘旋转时，滑块在盘表面上方在较小气垫上滑动。致动臂进行枢轴转动从而相对于盘可移动地定位滑块。可包括微致动器组装件以提供对悬架组装件的更精确定位。电连接沿该悬架延伸以将换能头电连接至位于致动臂上或致动臂附近的组件。这些电连接可形成在悬架自身上，或者可位于相对于悬架支撑的分开的互连结构上，诸如悬架上柔性板(FOS)。
换能头通常包括单个写入器和单个读取器。读取器包括用于磁性地检索存储在盘(或其他磁存储介质)上的经编码信息的传感器。来自盘表面的磁通导致传感器的一个或多个感测层的磁化矢量的旋转，这进而导致传感器的电性质的改变，该电性质的改变可通过在该传感器中传递电流并测量跨该传感器的电压来检测。取决于传感器的几何形状，感测电流可在传感器各层的平面中传递(CIP)或垂直于传感器各层的平面而传递(CPP)。外部电路系统随后将该电压信息转化成适当的格式并按需操纵该信息以恢复盘上所编码的信息。
对于垂直记录换能头，写入器通常包括主极以及一个或更多个返回极，它们在换能头的气垫面(ABS)上通过间隙层彼此分开。在某些配置中，主极和返回极可在远离ABS的区域中通过背面间隙闭合件或背面通孔彼此连接。一层或更多层导电线圈位于主极与返回极之间，并由绝缘层封装。为了向盘(或其他磁介质)写入数据，向这些导电线圈施加电流以在主极的极尖下方的盘中感应磁场。通过使流过线圈的电流的方向逆转，写入磁介质的数据的极性也被逆转，且在两个毗邻比特之间写入磁转换。主极的后沿被用于将数据写入磁介质。
比特模式介质(BPM)系统可用于将数据存储到模式化磁存储介质(例如，盘)。在BPM系统中，数据作为彼此隔离的分离磁数据比特被存储在盘上。BPM系统可允许相对高的记录密度。然而，BPM系统要求写入同步。当换能头在旋转盘的表面上方移动时，写入器的主极必须与盘上的所选比特恰当地对准才能恰当地写入介质。失准可能导致写入误差。因此，已提议了用于感测定时标记的传感器，以便使激励写入器与所选比特抵达毗邻写入器主极的位置同步。
定时变化会不利地影响写入同步。已知的同步传感器通常与主极间隔相对较大的距离。例如，与随具有小于约20nm的比特长度的盘联用的写入器的主极间隔大约6μm的同步传感器在该空间内的磁介质中可涵盖300个或更多磁转换，这往往增加了同步误差的风险。此外，BPM系统中的每个组件在作出同步确定时都可能引入一些定时误差。例如，倾斜角可能加剧同步传感器与写入器主极之间的间距问题。由于制造容限造成的变化可能在模式化存储介质上产生可变的比特间距。热膨胀和其他环境因素也可能影响定时变化，诸如电迹线上的热效应，其影响发送往来于换能头以达成写入同步的信号。若定时变化是确定性的，则影响写入同步的因素可被容易地补偿。然而，这些变化往往是随机的，这使得精确的同步感测是重要的。
本发明涉及用于BPM系统的写入同步的替换装置和方法。
概述
一种磁设备包括读取传感器、写入器以及同步传感器。该磁设备被配置成向包括多个分离的磁比特的磁介质写入信息以及从该磁介质读取信息。写入器包括写入元件、磁耦合至写入元件的第一返回元件、以及磁耦合至写入元件的第二返回元件。写入元件位于第一和第二返回元件之间。同步传感器定位成在紧密间隔安排中毗邻写入器的写入元件，且被配置成根据所感测的磁比特生成信号。该信号被用于相对于所感测的磁比特定位写入元件。
附图简述
图1是根据本发明的换能头的实施例的示意性侧视图。
图2是图1的换能头的实施例的气垫面(ABS)视图。
图3是换能头的实施例的示意性侧视图。
图4是图3的换能头的实施例的ABS视图。
图5是换能头的实施例的示意性侧视图。
图6A是图5的换能头的实施例的一种配置的ABS视图。
图6B是图5和6A的换能头的实施例的替换配置的ABS视图。
图7是换能头的实施例的示意性侧视图。
图8是图7的换能头的实施例的ABS视图。
图9是换能头的实施例的示意性侧视图。
图10是图9的换能头的实施例的ABS视图。
图11是换能头的实施例的示意性侧视图。
图12是换能头的实施例的示意性侧视图。
图13是示出根据本发明的向磁存储介质写入的示例方法的流程图。
图14是与换能头联用的示例同步传感器的操作状态的示意解说。
详细描述
总体而言，本发明提供了与换能头的写入器的写入极紧密间隔的同步传感器，该换能头被配置成向模式化磁存储介质(例如，硬盘驱动系统的盘)写入。该同步传感器准许确定写入定时以便将写入器操作与写入器极尖抵达模式化磁存储介质上的所选比特位置同步。模式化磁存储介质可被配置成用在比特模式介质(BPM)系统中，其中数据作为彼此隔离的分离磁数据比特被存储在模式化磁存储介质上。此外，本发明提供了一种操作方法，其中写入器可与同步传感器同时操作，且可在确定恰当的写入定时的过程期间滤除由同步传感器感测到的写入器极尖的磁化。因此，根据本发明，用于BPM系统的写入同步可补偿该系统内的随机变化以帮助改善写入性能。
图1是换能头100的实施例的示意性侧视图，该换能头100包括皆沿气垫面(ABS)106定位的写入器102和读取器104。图2是换能头100的ABS视图。如图1和2中所示，读取器104包括一对屏蔽108以及在ABS 106上位于屏蔽108之间的读取传感器110。读取器104可按用于从存储介质读取信息的常规方式起作用。
写入器102包括磁化线圈112、限定ABS 106上的极尖116的主极114、磁轭层118、底部返回极120、顶部返回极122、前端屏蔽124、以及背面通孔(或背面闭合件)126。主极114位于底部返回极120与顶部返回极122之间，而磁轭层118定位成紧邻面向顶部返回极122的主极114。背面通孔126连接底部返回极120和顶部返回极122、主极114以及磁轭层118。磁化线圈112围绕主极114和磁轭层118定位，以使得在操作期间激励磁化线圈112可在主极114中感应磁场。前端屏蔽124从顶部返回极122沿ABS 106朝主极114延伸。
同步传感器128定位在写入器102中的ABS 106上。同步传感器位于底部返回极120与顶部返回极122之间，更具体地，位于底部返回极120与主极114之间。同步传感器128与主极114紧密间隔。在所解说的实施例中，同步传感器可与主极114间隔约30nm到约4μm范围中的距离。在替换实施例中，其他间距是可能的。如图2中所示，同步传感器128在跨磁道方向上与写入器102的主极114基本对准。应注意，同步传感器128可通过图1和2中未示出的一条或更多条电引线连接至外部电路系统。同步传感器128可以是任何类型的磁阻传感器(例如，隧穿磁阻传感器、巨磁阻传感器、自旋阀传感器)、霍尔效应传感器、反常霍尔效应传感器等。
图1中示出模式化磁存储介质130(例如，模式化磁存储盘)，其定位成毗邻换能头100且大致平行于ABS 106。存储介质130具有用分离的用于存储数据的隔离磁比特132模式化的数据磁道以用于比特模式介质(BPM)记录。存储介质130可在方向134上相对于换能头100移动(例如，旋转)。同步传感器128可用于感测所选比特132(或相应的定时标记)的位置并生成输出信号，该输出信号进而被用于确定写入器102的写入定时同步。该写入定时同步帮助确保在所选比特抵达与主极114的极尖116对准的位置的精确时刻激励磁化线圈112以写入所选比特132。同步传感器128藉此提供反馈以补偿在操作期间该系统内的随机变化。该系统内的变化的示例包括由于倾斜角、温度、比特间距、换能头制造容限等造成的变化。以下进一步解释根据本发明的用于用换能头向模式化磁存储介质写入数据的操作方法。
图3是换能头200的实施例的示意性侧视图，而图4是换能头200的ABS视图。换能头200中的组件大致类似于以上描述的换能头100的那些组件，且用数值增加了100的相似参考标号来指明。换能头200的写入器202还包括从底部返回极220朝主极214延伸的引导屏蔽240。引导屏蔽240包括第一部分242和第二部分244。同步传感器228位于引导屏蔽240的第一部分242与第二部分244之间。在所解说的实施例中，引导屏蔽240的第一部分242和第二部分244是不连续的，且邻接同步传感器228的两个相对侧面，剩下同步传感器228的四个侧面未被引导屏蔽240的材料所覆盖。引导屏蔽240可在操作期间向同步传感器228提供屏蔽。同步传感器228与写入器202的主极214紧密间隔。
图5是换能头300的实施例的示意性侧视图。换能头300中的组件大致类似于以上描述的换能头200的那些组件，且用数值增加了100的相似参考标号来指明。然而，在换能头300中，同步传感器328位于写入器302的引导屏蔽340中，其中引导屏蔽340的材料基本上覆盖同步传感器328除沿ABS 306以外的所有侧面(例如，邻接同步传感器328的五个侧面)。引导屏蔽340的第一部分342和第二部分344是连续的。一条或更多条电引线(未示出)可穿透引导屏蔽340以将同步传感器328电连接至外部电路系统。同步传感器328与写入器302的主极314紧密间隔。
读取器304的读取传感器310相对于写入器302的主极以及相对于同步传感器的安排可按需变化。图6A是换能头300的一种配置的ABS视图，其中同步传感器328与写入器302的主极314在跨磁道方向上基本对准，但读取传感器310与同步传感器328在跨磁道方向上不对准。这种配置可通过减少在同步传感器328与读取传感器310之间相对大的间隔距离上的对准需求来简化制造。图6B是换能头300的替换配置的ABS视图，其中同步传感器328、写入器302的主极314以及读取传感器310全部在跨磁道方向上基本对准。该替换配置可帮助减少在读取与写入操作之间重新定位换能头300的需要。还应注意，在具有几乎任何写入器和同步传感器配置的任何换能头中，读取传感器都可与同步传感器对准。
图7是换能头400的实施例的示意性侧视图，而图8是换能头400的ABS视图。换能头400中的组件大致类似于以上描述的换能头300的那些组件，且用数值增加了100的相似参考标号来指明。然而，在换能头400中，同步传感器428定位在前端屏蔽424的第一部分446与第二部分448之间，而磁轭层418定位成面向底部返回极420。在所解说的实施例中，前端屏蔽424的第一部分446和第二部分448是不连续的，且邻接同步传感器428的两个相对侧面，剩下同步传感器428的四个侧面未被前端屏蔽424的材料所覆盖。前端屏蔽424可在操作期间向同步传感器428提供屏蔽。同步传感器428与写入器402的主极414紧密间隔。如图8中所解说的，同步传感器428、主极414和读取传感器410全部在跨磁道方向上基本对准。
图9是换能头500的实施例的示意性侧视图，而图10是换能头500的ABS视图。换能头500中的组件大致类似于以上描述的换能头400的那些组件，且用数值增加了100的相似参考标号来指明。然而，在换能头500中，同步传感器528沿ABS 506定位在写入器502的主极514与前端屏蔽524之间的写入间隙中。同步传感器528与写入器502的主极514紧密间隔。如图10中所解说的，同步传感器528、主极514和读取传感器510全部在跨磁道方向上基本对准。
图11是换能头600的实施例的示意性侧视图。换能头600中的组件类似于以上描述的换能头500的那些组件，且用数值增加了100的相似参考标号来指明。然而，换能头600缺少引导屏蔽且进一步包括第一屏蔽650和第二屏蔽652。同步传感器628与写入器602的主极614紧密间隔，且定位在前端屏蔽624与主极614之间的写入间隙中。第一屏蔽650和第二屏蔽652定位成紧邻同步传感器628的相对侧面，且在ABS 606上位于前端屏蔽624与主极614之间。第一屏蔽650和第二屏蔽652可沿ABS 606延伸，且第一屏蔽650和第二屏蔽652的跨磁道长度与写入器602的整个跨磁道长度相当。
图12是换能头700的实施例的示意性侧视图。换能头700中的组件类似于以上描述的换能头600的那些组件，且用数值增加了100的相似参考标号来指明。然而，换能头700包括第一屏蔽750和第二屏蔽752，它们定位成紧邻同步传感器728的相对侧面，且在ABS 706上位于底部返回极720与写入器702的主极714之间。同步传感器728与写入器702的主极714紧密间隔。
图13是示出根据本发明的向磁存储介质写入的示例性方法的流程图。初始，相对于带有写入器的换能头移动(例如，旋转)模式化磁介质(步骤800)，以及生成指定将被写入该模式化磁存储介质的数据的写入信号(步骤802)。步骤800和802可同时、或在不同时间执行。已在步骤802处生成写入信号之后，以及在该模式化磁存储介质继续相对于换能头旋转的同时，同步传感器可通过感测所选比特或相应的定时标记来感测该模式化磁存储介质上的所选写入位置(步骤804)。写入器可在步骤804发生的同时进行操作，即，可与步骤804同时地在写入器的主写入极中产生磁场(步骤806)。步骤806处的写入可与该模式化磁存储介质上与步骤804处由同步传感器所感测的所选位置不同的位置相关联。在替换实施例中，写入器可在同步传感器操作时不活动。
同步传感器随后基于所感测的写入位置信息生成输出信号(步骤808)。该输出信号随后可被发送给外部电路系统以用于处理和分析。由于同步传感器相对于写入器的主写入极大致定位成紧密间隔安排，因此由同步传感器感测的信息可不仅包括与用于写入定时同步的所选比特的位置有关的信息，且还包括与主写入极的磁化相关的信息。因此，该输出信号可被过滤以移除与主写入极的磁化相关的不必要信息(步骤810)。以下详述合适的过滤过程的一个示例。若写入器不与同步传感器同时操作，则该过滤步骤可能是不需要的。
接下来，生成写入定时信号(步骤812)，其可根据经过滤输出信号来生成。写入定时信号允许主写入极的抵达与所选比特(即，写入位置)的精确定时，且可产生期望的写入定时相位调整。通过以此方式创建反馈循环，系统可考虑随机变化的可能源，从而帮助改善写入。写入器随后可根据写入定时信号向模式化磁存储介质上的所选比特写入(步骤814)。以上描述的过程可按需重复，以关于步骤802描述的方式针对下一个写入操作生成写入信号。应注意，用于下一个写入操作的写入信号可在步骤814之前生成，且同步传感器可在步骤814期间感测用于该下一个写入操作的写入位置。
图14是与换能头联用的示例性同步传感器的操作状态的示意解说，其可用于理解用于写入定时同步的过滤操作。图14示出具有第一列900和第二列902以及多行的栅格。第一列900解说一对磁化矢量，左边的一个磁化矢量代表模式化磁存储介质上的所选比特(或定时标记)，而右边的一个磁化矢量代表主写入极的磁化。每个磁化矢量将大致为二元的，即，每个磁化矢量将指示仅两个可能的磁化方向之一，它们在所解说的实施例中被示为彼此平行。第二列902解说在同步传感器被定位成同时感测与第一列900相关联的两个磁化矢量时该同步传感器的状态。
该栅格中的第一行904在第二列902中解说同步传感器的第一可能状态，其与第一列900中的两个磁化矢量皆朝向第一方向相关联。该栅格中的第二行906和第三行908在第二列902中解说同步传感器的第二可能状态，其与第一列900中的磁化矢量朝向基本相反方向相关联。该栅格中的第四行910在第二列902中解说同步传感器的第三可能状态，其与第一列900中的两个磁化矢量皆朝向与第一行904中所示的第一方向相反的第二方向相关联。第二列902中所示的同步传感器的状态由此传达了模式化磁存储介质的所选比特(或定时标记)和主写入极的磁化两者对同步传感器的组合效应。第一列900中右边的磁化矢量的取向代表主写入极的磁化且将总是已知的，因为写入器操作将是响应于已知的命令信号(例如，图13中的步骤802)。所选比特(或定时标记)的现有磁化也是已知的。第二列902中所示的表示同步传感器的状态的输出信号因此可根据去往写入器的已知命令信号而被过滤，以隔离与所选比特的位置相关的信息并移除由于写入器操作对同步传感器造成的任何影响。这允许针对写入定时同步相对精确地确定所选比特的位置。
虽然已参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可在形式和细节上作出改变而不脱离本发明的精神和范围。例如，根据本发明的换能头可包括上文未具体示出或描述的附加组件。可提供一个或更多个附加同步传感器，例如，各同步传感器被定位在写入器的主极的相同侧或相对侧。此外，在换能头的替换实施例中，以上示出及描述的某些组件(诸如读取器)可被省略。此外，尽管以上描述的读取器实施例包括两个返回极，但是应认识到，根据本发明，其他写入器配置是可能的，诸如仅有单个返回极的设计。此外，各组件的相对定位可与所解说实施例中所示的那些不同。例如，根据特定实施例所需，读取器、主写入极和同步传感器可彼此对准或不对准。此外，本领域技术人员将认识到，本发明可用于除BPM记录以外的应用，诸如通过利用光或热传感器而非磁同步传感器而用于接触检测。

Claims (19)

1.一种用于向磁介质写入信息以及从磁介质读取信息的磁设备，其中所述磁介质包括多个分离的磁比特，所述磁设备包括：
读取传感器；
写入器，所述写入器包括写入元件、磁耦合至所述写入元件的第一返回元件、以及磁耦合至所述写入元件的第二返回元件，其中所述写入元件位于所述第一和第二返回元件之间；以及
同步传感器，其定位成毗邻所述写入元件并且在所述写入器内，所述同步传感器被配置成根据所感测的磁比特来生成信号，其中所述信号用于相对于所感测的磁比特来定位所述写入元件。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述同步传感器位于所述第一和第二返回元件之间。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：
从所述第一返回元件延伸出的屏蔽，其中所述同步传感器位于所述屏蔽的第一部分与第二部分之间。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述屏蔽基本上围绕所述同步传感器的五个侧面。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：
从所述第二返回元件延伸出的屏蔽，其中所述同步传感器位于所述屏蔽的第一部分与第二部分之间。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括：
位于所述同步传感器的任一侧的一对同步传感器屏蔽。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，进一步包括：
从所述第一返回元件延伸出的第一屏蔽；以及
从所述第二返回元件延伸出的第二屏蔽。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述同步传感器包括磁阻传感器。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述同步传感器包括霍尔效应传感器。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述写入元件在跨磁道方向上与所述同步传感器基本对准。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述读取传感器在跨磁道方向上与所述同步传感器基本对准。
12.一种用于向磁介质写入信息以及从磁介质读取信息的磁设备，其中所述磁介质包括多个分离的磁比特，所述磁设备包括：
读取传感器；
写入器，所述写入器包括写入元件、磁耦合至所述写入元件的返回元件、以及从所述返回元件朝所述写入元件延伸的屏蔽；以及
同步传感器，其设置在所述屏蔽中且被配置成根据所感测的磁比特来生成信号，其中所述信号用于相对于所感测的磁比特来定位所述写入元件。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，进一步包括：
附加返回元件，其中所述写入元件定位在所述附加返回元件与所述返回元件之间。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，进一步包括：
从所述附加返回元件延伸出的附加屏蔽。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述屏蔽基本上围绕所述同步传感器的五个侧面。
16.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述同步传感器的类型选自包括磁阻传感器、霍尔效应传感器、以及反常霍尔效应传感器的组。
17.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述写入元件在跨磁道方向上与所述同步传感器基本对准。
18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，所述读取传感器在跨磁道方向上与所述同步传感器基本对准。
19.一种向包括多个分离的磁比特的模式化磁介质写入数据的方法，所述方法包括：
产生换能头关于所述模式化磁介质的相对移动；
用所述换能头中的同步传感器来感测所述多个分离的磁比特中的所选磁比特的位置；
在所述用同步传感器来感测所述多个分离的磁比特中的所选磁比特的位置的步骤的同时，根据写入信号在所述换能头中的写入器中感应磁场，其中由所述写入器感应的所述磁场连同所述多个分离的磁比特中的所选磁比特的位置一起由所述同步传感器感测到；
根据由所述同步传感器感测到的信息生成输出信号；
根据所述写入信号来过滤所述输出信号以隔离所述多个分离的磁比特中的所选磁比特的所感测位置；以及
根据经过滤的输出信号向所述多个分离的磁比特中的所选磁比特写入，
其中，所述用所述换能头中的同步传感器来感测所述多个分离的磁比特中的所选磁比特的位置的步骤以及所述根据经过滤的输出信号向所述多个分离的磁比特中的所选磁比特写入的步骤落在所述换能头在所述模式化磁介质的所述多个分离的磁比特中的所选磁比特上方的单次经过内。
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