DE2430612C2

DE2430612C2 - Anordnung zur Steuerung der Lage eines Magnetkopfes, insbesondere eines magnetoresistiven Kopfes

Info

Publication number: DE2430612C2
Application number: DE2430612A
Authority: DE
Inventors: Jacob Koorneef; Jan Antoon Ludolf Eindhoven Potgiesser; Anthonie Walraven
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-07-10
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1982-07-29
Also published as: US3918091A; FR2397040A1; JPS5427129B2; GB1449756A; NL7309590A; CA1042100A; FR2397040B1; JPS5039531A; DE2430612A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist aus der GB-PS 1121624 bekannt, zum Wiedergeben eines Signals einen Kopf zu verwenden, dessen einen Polschuh in zwei Teile aufgespalten ist, so daß das Datenspursignal aus zwei Teilen besteht, die gesondert gelesen werden können. Durch Addition der beiden Lesesignale wird grundsätzlich wieder ein Ausgangssignal erhalten, das der vollständigen Spurbreite proportional ist, während die Subtraktion ein Differenzsignal ergibt, das ein Maß für die Querabweichun.g zwischen Kopf und Spur ist

Diese Unterteilung eines Polschuhes ergibt jedoch bei geringen Spurbreiten, insbesondere bei Spurbreiten von weniger als 100 um, ernste bauliche Probleme, schon darum weil der Einsatz von zwei gesondert bewickelten Schließjoche gefordert wird. Obendrein müssen bei Serienherstellung Wirkungsgradunterschiede zwischen den beiden Kopfhälften berücksichtigt werden, wodurch bei Anwendung in einer Servoschleife eine von Kopf zu Kopf verschiedene Verschiebung in bezug auf die gewünschte Kopflage auftreten wird. Außerdem ist die Kopplung zwischen den beiden Hälften beträchtlich.

Aus der US-PS 34 93 694 ist ein Mehrspurmagnetwiderstandskopf aus einer Anzahl von separaten Magnetowiderstandsköpfen bekannt Diese Köpfe haben eine gemeinsame Elektrode und jeweils eine eigene Elektrode, um die Spannung je Kopf messen und lesen zu können. Ein Vergleich der Spannungen der Hälften eines separaten bzw. jedes Kopfes zur Erzeugung eines Servosignals zur Spursteuerung wird nicht durchgeführt.

Aus der CH-PS 3 87 972 ist ein einziger Hallspannungskörper für die Abtastung von zwei getrennten Aufzeichnungsspuren bekannt. Die beiden Teile des Hallspannungskörpers sind lediglich steuerstromseitig miteinander verbunden. Die Hallspannungen werden getrennt abgenommen und auch nicht miteinander verglichen.

Aus der AT-PS 2 21288 ist eine magnetisch steuerbare Halbleiterschicht bekannt, an der drei Elektroden, eine gemeinsame Elektrode in der Mitte und zwei Gegenelektroden an den Enden, angeschlossen sind, wobei ohne Vorhandensein eines Magnetfeldes sich der Strom von der gemeinsamen Elektrode zu den Gegenelektroden auf zwei etwa gleich große Anteile aufteilen mag, so daß im Ruhestand kein Signal geliefert wird, und wobei je nach Größe und Richtung eines die Halbleiterschicht senkrecht durchsetzendes Magnetfeldes eine Verschiebung des Stromflusses in der Halbleiterschicht auftritt, so daß Signalspannungen geliefert werden entsprechend dem abgetasteten magnetischen Signal. Eine Spursteuerung ist mit dieser Anordnung nicht möglich.

Wenn die auf einem Aufzeichnungsmedium, z.B. einem Magnetband oder einer Magnetscheibe, geschriebenen Daten mit Hilfe eines Magnetkopfes gelesen werden, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der Kopf stets genau der Datenspur auf dem Aufzeichnungsmedium folgt, und zwar unabhängig von etwaigen Verschiebungen des Aufzeichnungsmediums, die, wenn dieses Medium ein Magnetband ist, durch Schwingungen während der Fortbewegung des Bandes auftreten können, oder wenn das Medium eine Magnetscheibe ist, durch eine etwaige Exzentrizität der Spur herbeigeführt werden können. Dies trifft im besonderen Maße dann zu, wenn die Daten nicht mit dem auch zum Lesen verwendeten Magnetkopf auf dem Aufzeichnungsmedium aufgebracht wurden.

Durch ständige Erhöhung der Anzahl der die Daten enthaltenen Spuren wurde die Breite einer einzigen Spur und der Abstand zwischen den Spuren immer kleiner. Dies bedeutet, daß hohe Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden, mit der ein Magnetkopf

einer bestimmten Datenspur folgt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur automatischen Steuerung eines Magnetkopfes zu schaffen, so daß dieser unabhängig von der sich ändernden Breite einer Datenspur oder des sich ändernden Verlaufes der Datenspur stets in der Mitte dieser Spur auch bei sehr geringer Breite derselben sehr genau folgt Außerdem soll der Kopf baulich einfach gestaltet werden können. Zusätzlich soll der Kopf auch ohne weitere konstruktive Maßnahmen als Lesekopf verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gesamtbreite des Magnetowiderstandselementes mit der Breite der Datenspur übereinstimmt, daß das Magnetowiderstandselement einen Mittelanschluß besitzt daß die Spannung über dem ersten Endanschluß und dem Mittelanschluß und die Spannung über dem zweiten Endanschluß und dem Mittelanschluß abgenommen werden, daß die Differenz der beiden Spannungen genommen und in ein Servo?ignal umgewandelt wird und daß das Servosignal den Magnetkopf bedarfsweise verstellt

Obgleich die Anordnung mit einem Magnetowiderstandselement nach der Erfindung zur Steuerung der Lage eines gesonderten Wiedergabekopfes verwendet werden kann, ist ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung darin zu sehen, daß das Magnetowiderstandselement auch selber als Lesekopf benutzt werden kann. Dadurch erübrigt sich ein gesonderter Lesekopf. Bei einem als Lesekopf verwendeten Magnetowiderstands- jo element stellt die Summe aus der Spannung zwischen dem ersten Endanschluß und dem Mittelanschluß und aus der Spannung zwischen dem zweiten Endanschluß und dem Mittelanschluß die über die Gesamtbreite der Datenspur eingeschriebenen Daten dar.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hälften des Magnetowiderstandselementes, die zu beiden Seiten des Mittelanschlusses liegen, magnetos?atisch entkoppelt sind.

In Abhängigkeit von dem verwendeten Magnetowiderstandsmaterial kann dieses Material unter dem Einfluß eines Magnetfeldes eine kohärente oder eine inkohärente Rotation des Magnetisationsvektors aufweisen. Ein Material mit einer inkohärenten Rotation ergibt keine besonderen Probleme bei Anwendung in einer Anordnung nach der Erfindung, weil die beiden Hälften des Magnetowiderstandselementes »automatisch« entkoppeln sind. Bei Anwendung eines Materials mit einer kohärenten Rotation ist es aber empfehlenswert, dafür zu sorgen, daß die beiden Hälften entkoppelt werden, so daß keine Austauschkopplung auftreten kann. Dies kann z. B. dadurch erzielt werden, daß das Magnetowiderstandsmaterial in der Mitte unwirksam gemacht wird, indem es mit einem anderen Material legiert oder darin ein Kratzer angebracht wird.

Da mit einem Magnetowiderstandselement Daten wohl gelesen, aber nicht eingeschrieben werden können, wird in den meisten Anwendungen die Anordnung mit Magnetowiderstandslesekopf nach der Erfindung mit einem Eingabekopf kombiniert werden müssen. Dabei kann es, z. B. in Systemen, in denen die eingeschriebenen Daten direkt wieder gelesen werden, von Bedeutung sein, daß der Spalt des Eingabekopfes und das Magnetowiderstandselement einander möglichst nahe liegen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung wird dies dadurch erzielt daß das Magnetowiderstandselement in dem Spalt eines Schreibkopfes angeordnet ist

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines Magnetowiderstandselementes mit einer Vorrichtung zur Steuerung seiner Lage und

Fig.2 ein Schaltbild eines Verstärkers, mit dem ein von dem Element nach F i g. 1 erzeugtes Signal verstärkt wird.

Beim Abtasten schmaler Magnetspuren wird ein Magnetowiderstandselement 1 mit zwei elektrischen Anschlußpunkten 2 und 3 an den Enden und einem Mittelanschluß4 (Fig. 1) verwendet, dessen Gesamtlänge L der verwendeten Spurbreite B entspricht

für ein Element mit einem spezifischen Widerstand ρ und einer Dicke D = 1000 A, einer Höhe H = 2 μπι und einer Länge L = 50 μ wird der Widerstand in einem praktischen Beispiel durch

R=-

DH

gegeben. Für ein Element aus Permalloy ist die Widerstandsänderung Δ R/R unter dem Einfluß des von dem Aufzeichnungsmedium 5 herrührenden Feldes in der Größe von 1 bis 1,5%. Das Auslesen dieser Widerstandsänderung mit einem Strom von 1 mA liefert dann schon eine Signalspannung von 1,4 bis 2,1 mV, die sich auf verhältnismäßig einfache Weise geräuscharm verstärken läßt. Die Verstärkung kann z. B. mittels der in F i g. 2 dargestellten Transistorschaltung 9 erfolgen, wobei es vorteilhaft ist, daß der Widerstand des Magnetowiderstandselementes 1 derartig ist, daß es direkt mit der Transistorschaltung verbunden werden kann. Wenn das Substrat aus einem geeigneten kristallinen Material, wie Silicium, besteht, kann die Transistorschaltung auf demselben Substrat wie das Magnetowiderstandselement 1 gebildet werden, um eine integrierte Schaltung zu erhalten. Ein Vorteil dabei ist der, daß die Empfindlichkeit für Störimpulse infolge des geringen Abstandes zwischen dem Verstärker und dem Magnetowiderstandselement 1 erheblich verringert wird. Der Strom k durch das Magnetowiderstandselement 1 wird mit Hilfe der Spannung Eb eingestellt. Der Kollektorspannungsunterschied V« = V_ci — Va ist dann als Regelspannung für die Servovorrichtung verfügbar, mit der die Kopflage gesteuert wird, während das Datensignal Vordem gemeinsamen Kollektorwiderstand des Ausgangsemitterfolgers entnommen werden kann. VV ist maximal und der Gesamtspurbreite B proportional, wenn das Magnetowiderstandselement auf der Spur positioniert ist, während Vr dann gerade den gewünschten Nulldurchgang aufweist.

Bei Anwendung in digitalen Systemen kann die Empfindlichkeit noch dadurch erhöht werden, daß I₀ als ein Impulsstrom mit niedrigem Tastverhältnis (duty cycle) (zur Beschränkung der Verlustleistung) ausgeführt wird, der von dem Digitaltakt abgeleitet ist Auf diese Weise kann zu gleicher Zeit Bit-Detektion stattfinden, oder es kann bei sich langsam bewegenden oder statisch ausgelesenen Datenträgern ein leichter zu verstärkendes Wechselspannungssignal erhalten werden.

Im allgemeinen wird es günstig sein, wenn der Magnetowiderstandslesekopf mit einem induktiven Eingabekopf kombiniert wird. Für ein optimales Lesen

der vom Eingabekopf aufgezeichneten Signale ist es dabei von großer Bedeutung, daß der Spalt des Eingabekopfes genau zu dem Magnetowiderstandslesekopf parallel ist und daß der Abstand zwischen dem Eingabekopf und dem Magnetowiderstandslesekopf gering ist. Zum Beispiel können ein integrierter Eingabekopf und der in F i g. 1 gezeigte Magnetowiderstandslesekopf zu beiden Seiten eines planparallelen Substrats angebracht werden. Für den Fachmann ergibt es keine Probleme, ein Substrat mit zwei zueinander ι ο genau parallelen Seiten herzustellen, während auch die Herstellung von Magnetköpfen mit Hilfe integrierter Techniken (sowohl in planarem als auch in geschichtetem Aufbau) aus der Technik bekannt ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Magneto-Widerstandselement z. B. durch Aufdampfen in dem Spalt eines induktiven Eingabekopfes anzubringen. Namentlich im Falle eines Plattenspeichers ergibt dies einen wesentlichen Vorteil. Durch eine derartige Anordnung wird nämlich verhindert, daß Eingabekopf und Magnetowiderstandselement sich über verschiedene Radien bewegen werden.

Die Beziehung zwischen der Spannung über einem Magnetowiderstandselement und dem Feld des Aufzeichnungsmediums ist tatsächlich parabolisch. Eine Linearisierung kann dadurch erzielt werden, daß man ein magnetisches Vorspannungsfeld auf das Element einwirken läßt. Das Vorspannungsfeld an der Stelle des Elementes mit notwendigerweise im Vergleich zu dem Feld des Aufzeichnungsmediums groß sein, aber andererseits soll das Streufeld mit Mittel zum Erzeugen des Vorspannungsfeldes das Aufzeichnungsmedium nicht beeinflussen können. Dies bedeutet, daß dieses Streufeld an der Stelle des Mediums im Vergleich zu dem Feld des Aufzeichnungsmediums selber sehr klein sein muß. Auch sollen, von dem Magnetowiderstandselement her gesehen, die Mittel zum Anlegen des Vorspannungsfeldes das Feld des Aufzeichnungsmediums nicht verzerren. Weiter ist es erforderlich, daß zur Abgabe eines richtigen Positionierungssignals das Detektionselement ein möglichst gleichmäßiges Vorspannungsfeld »fühlen« muß, d. h„ daß die Parallelität zwischen der Vorrichtung zum Erzeugen des Vorspannungsfeldes und dem Detektionselement sowie ihr gegenseitiger Abstand sehr genau definiert sein müssen.

Verschiedene Verfahren, durch die man ein Vorspannungsfeld erzeugen und auf einen Magnetowiderstandsstreifen einwirken lassen kann, sind bekannt und können im Rahmen der Erfindung verwendet werden.

Der Kopf mit dem Magnetowiderstandselement 1 kann z. B. dadurch verschoben werden, daß der Kopf auf einem schwenk- oder verschiebbaren Arm montiert ist, der infolge der Vorspannung einer Feder und der elektromagnetischen Kraft eines Elektromagneten 8 in einer Gleichgewichtslage gehalten wird, wenn das Magnetowiderstandselement kein Signal abgibt, und der von dem Elektromagnet 8 aus der Gleichgewichtslage gezogen wird, wenn vom Magnetowiderstandselement 1 ein Signal abgegeben wird, das anzeigt, daß der Kopf nicht genau auf der Spur positioniert ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur automatischen Steuerung der Lage eines Magnetkopfes in bezug auf einer, auf ein magnetisches Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Datenspur unter Verwendung eines streifenförmigen Magnetowiderstandselementes mit zwei elektrischen Endanschlüssen, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit der Größe eines Magnetfeldes, das den Streifen des Magnetwiderstandselementes durchschneidet, ändert, wodurch Signalspannungen über die Endanschlüsse erzeugt werden, wenn ein Strom durch den Streifen fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite des Magnetowiderstandselementes (1) mit der Breite der Datenspur (^übereinstimmt, daß das Magnetowidersiandselement einen Mittelanschluß (4) besitzt, daß die Spannung über dem ersten Endanschluß (2). und dem Mittelanschluß (4) und die Spannung über dem zweiten Endanschluß (3) und dem Mittelanschluß (4) abgenommen werden, daß die Differenz der beiden Spannungen genommen und in ein Servosignal umgewandelt wird und daß das Servosignal den Magnetkopf bedarfsweise verstellt

2. Anordnung zur automatischen Steuerung der Lage eines magnetoresistiven Kopfes zur Wiedergabe magnetischer Daten in einer ausgewählten, auf ein magnetisches Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Datenspur, welcher Kopf aus einem streifenförmigen Magnetowiderstandselement mit zwei elektrischen Endanschlüssen besteht, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit der Größe eines Magnetfeldes, das den Streifen des Magnetwiderstandselementes durchschneidet, ändert, wodurch Signalspannungen über die Endanschlüsse erzeugt werden, wenn ein Strom durch den Streifen fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite des Magnetowiderstandselementes (1) mit der Breite der Datenspur (B) übereinstimmt, daß das Magneto-Widerstandselement einen MittelanschluE (4) besitzt, daß die Spannung über dem ersten Endanschluß (2) und dem Mittelanschluß (4) und die Spannung über dem zweiten Endanschluß (3) und dem Mittelanschluß (4) abgenommen werden, daß die Differenz der beiden Spannungen genommen und in ein Servosignal umgewandelt wird, daß das Servosignal den Magnetkopf bedarfsweise verstellt, und daß zur Wiedergabe die Summe der beiden Spannungen genommen wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälften des Magnetowiderstandselementes (1), die zu beiden Seiten des Mittelanschlusses (4) liegen, magnetostatisch entkoppelt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetowiderstandselement (1) in dem Spalt eines Schreibkopfes angeordnet ist.