DE3904530A1 - Anordnung und verfahren zur magnetischen informations-speicherung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur magnetischen Informations-Aufzeichnung und -Wiedergabe bei vergleichs­ weise geringer Relativ-Geschwindigkeit zwischen Kopf und Schicht.

Die erzielbare Genauigkeit der dem magnetischen Auf­ zeichnungs- und Wiedergabe-Verfahren zugrundeliegenden wechselseitigen Abbildung zeitabhängiger elektrischer Größen und ortsabhängiger magnetischer Größen ist ab­ hängig von den an der Kopf-Schicht-Nahtstelle herrschen­ den geometrischen Verhältnissen, den Material-Eigen­ schaften und der Relativ-Geschwindigkeit zwischen Kopf und Schicht.

Erhöhte Abbildungsgenauigkeit wird nach Ausschöpfung der an der Kopf-Schicht-Nahtstelle möglichen Verbes­ serungen üblicherweise erzielt entweder durch Zerlegung der Signale in mehrere Komponenten und deren Verteilung auf mehrere Köpfe oder durch Erhöhung der Relativ- Geschwindigkeit. Beide Maßnahmen stellen hohe Anforde­ rungen an die Präzision der mechanischen Komponenten der Anordnungen zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen mit hoher Daten-Rate, bzw. hoher Speicher- Dichte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese mechani­ schen Präzisions-Anforderungen zu vermindern und somit nachteilige Begleiterscheinungen zu vermeiden, wie sie vornehmlich im Zusammenhang mit dem Einsatz solcher Informations-Speicher-Anordnungen im mobilen, robusten und/oder wartungsbeschränkten Einsatz aufzutreten pfle­ gen.

Bekannte Anordnungen zeichnen sich durch die insbesondere für Daten-Archivierungs-Zwecke vorteilhafte Eigen­ schaft aus, das Volumen der austauschbaren Daten­ träger minimisieren zu können.

Demgegenüber bietet die erfindungsgemäße Anordnung durch den weitgehenden Verzicht auf präzisionsmecha­ nische Bestandteile wie rotierende Kopftrommeln, Kassetten-Einführ- und Spur-Nachführ-Einrichtungen einschließlich der bei robusten Einsatz-Bedingungen zum Schutz solcher empfindlichen Bestandteile vor­ zusehenden Maßnahmen einen größeren Spielraum für die Ressourcen-Optimierung (Volumen, Gewicht, Energie) des aus Speichermedium, Kopfsystem, Elektronik und Antrieb bestehenden Gesamt-Systems.

Zur Verminderung der mechanischen Präzisions­ anforderungen in magnetischen Informationsspeicher­ anordnungen sind die in den Druckschriften US 30 84 227, US 31 52 225, US 36 96 216, DE 32 28 307 A1, DE 33 04 674 A1, P 34 18 853.3 beschriebenen Vorschläge gemacht worden, dahingehend, die mechanische Bewegung zwischen Kopf und Schicht zu zu ergänzen oder zu ersetzen durch eine quer zur Schicht­ bewegung erfolgende, nichtmechanische Verschiebung eines zwischen magnetisch gesättigtes Kopfkernmaterial eingebetteten Zwischenraumes magnetisch ungesättigten Materials.

Der technischen Umsetzung dieser Vorschläge stehen nicht einfach lösbare Probleme entgegen, nämlich

• - einen sowohl genügend schmalen als auch genügend weit und genügend schnell auslenkbaren Zwischenraum mit vertretbarem Aufwand zu erzeugen,
• - die für die Erzeugung und Verschiebung des Zwischen­ raumes erforderlichen Magnetflüsse einerseits und und die mit der Aufzeichnung und Wiedergabe zusammen­ hängenden Magnetflüsse andererseits gegenseitig zu entkoppeln,
• - eine kostengünstige Herstellungsweise zu gestatten, insbesondere in monolithischen oder quasi-mono­ lithischen Ausführungsformen mit Funktions-Eigen­ schaften die weitgehend unabhängig sind von betriebs- (temperatur-, verschleiß-, alterungs-) bedingten Veränderungen an der Kopf-Schicht- Nahtstelle.

In Fig. 1 ist das Schema der erfindungsgemäßen Anordnung in einem für die Herstellung in Winchester- oder Whitney-Technologie geeigneten Aufbau zu erkennen. Sie zeigt den aus magnetisch gut leitfähigem Material bestehenden (schrägschraffierten) Kopfkern (1, 11), dessen in den y-z-Ebenen bei x=0, bzw. bei x=x _m gelegene (innere, bzw. äußere) Kopfkernbegrenzungen, den durch die im Abstand g gegenüberstehenden Spaltkanten (21, 22) gebildeten Spalt (2) und die elektrischen Leiter (3, 4). Sie zeigt als Beispiel für die verschiedenen Möglichkeiten für die erfindungs­ gemäß zwischen den Kopfkernbegrenzungen in Spaltkanten­ richtungvorzunehmende Variation der Geometrie- und/oder Material-Parameter das querschnittverengte, von (hier nicht gezeichnetem) magnetisch neutralem Material gestützte, zur Spaltkante führende Stück Kopfkern­ material (11) der Dicke d und der zwischen y₀ und y _m (hier vereinfacht linear) variierten Länge, welches zusammen mit der daran benachbarten Schicht (5) bei jedem Richtungswechsel mit jeweiliger Amplitudenverminderung der mittels Leiter (3) erzeugten Durchflutung auf einem sich jeweils verkürzenden Stück zwischen x=0 und x _i ummagnetisiert wird, wohingegen die auf dem zwischen (x _i +Δ x) bis x _m vorher eingestellten Magnetisierungs­ richtungen im Teil (11) und im korrelierten Schichtteil unverändert bleiben.

Die verschiedenen Pegel und Richtungen der Durchflutung können entweder durch stetig veränderliche Stromstärken in einem einzigen Leiter oder durch überlagerte, diskrete Stromstärken in mehreren voneinander isolier­ ten Leitern (. . ., 33, . . .)eingestellt werden.

Zum Zwecke der Wiedergabe ist zwischen zwei Richtungs­ wechseln der Betrag der Durchflutung mit einer von der Spaltlänge g und der Relativgeschwindigkeit v abhängigen Zeitdauer solange zu erhöhen, bis die Ummag­ netisierungsfront von der inneren zur äußeren Kopfkern­ begrenzung verschoben worden ist.

Das Wiedergabesignal kann in bekannter Weise entweder induktiv mittels einer Wicklung (4) oder galvanomag­ netisch mittels einer entsprechenden Spalteinlage gewonnen werden. In beiden Fällen ist die Gesamt-Magnet­ flußänderung im Kopfkern meßbar, welche sich zusammen­ setzt aus der von der abtastenden Durchflutungsänderung herrührenden Flußänderung und der von den abgetasteten Schichtelementen bewirkten Modulation dieser Flußänderung. Die Abtrennung des aufmodulierten Signals kann entweder in bekannter Weise mittels Frequenzfilterung oder durch Verknüpfung des aus der Gesamtflußänderung abgeleiteten Signals mit einem analogen oder äquivalenten digitalen Referenz-Signal vorgenommen werden.

Ein dünnfilmtechnologisch realisierter Aufbau der erfin­ dungsgemäßen Anordnung bietet es an, ein solches analoges und/oder digitales Referenzsignal mittels einer in die Anordnung integrierten, zweckmäßigerweise identisch, zwecks Leistungseinsparung auch modifiziert dimensionierten und im Gleichtakt betriebenen zweiten Anordnung zu erzeugen, sodaß auch bei beliebig zeitlichem Verlauf der Durch­ flutungsänderung stets ein zur Separation geeignetes Referenzsignal verfügbar ist.

In Fig. 3 ist schematisch im unteren Teil die mit der Schicht korrespondierende Anordnung und im oberen Teil eine beispielsweise baugleiche Anordnung zu erkennen, in welcher mittels der in eine der Spaltkanten eingeprägten Strukturen (6) zusätzlich ein dem analogen Referenz­ signal überlagertes digitales Signal erzeugt wird. Ein analoges oder digitales Referenzsignal kann außer beim Wiedergabevorgang auch zur Steuerung des Aufnahme­ vorganges verwendet werden.

Für die Aufzeichnungsdichten quer (D _T ) und längs (D _L ) zur Schichtbewegungsrichtung gilt:

Dabei bedeutet v die Relativgeschwindigkeit der Schicht, b die Daten-, bzw. Sampling-Rate, r ein von der Daten- Codierung, bzw. dem Modulationsgrad abhängiger Faktor und Δ x die in Fig. 1 eingezeichnete Breite des zwischen den gegensinnigen Magnetisierungsrichtungen liegenden Zwischenraums.

Mit vereinfachenden Annahmen und Beschränkung auf die maßgebenden Parameter läßt sich Δ x abschätzen als:

für den Aufnahmevorgang (bzw. für den Fall der grundsätz­ lich möglichen Wiedergabe mittels Aufnahmekopf, zwangs­ läufig damit verbundener Löschung, Zwischenspeicherung in äußerem Speicher und anschließender Rückspeicherung auf die Schicht) sowie für die Wiedergabe als:

mit A als einer die Anisotropie der magnetischen Eigenschaften des Kopfkernmaterials, insbesondere dessen Teil (11) kennzeichnende Größe (Schwere Richtung in Spaltkantenrichtung, leichte Richtung in den dazu senkrechten Ebenen).

Es ist offensichtlich, daß die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung hinsichtlich hoher Speicherdichte und niedriger Leistungs-Verluste von der Annäherung der Hysterese-Schleifen von Kopf- und Schicht-Material an die ideale Rechteckform und von ihren Anisotropie-Eigenschaften abhängt. Ergänzend zu den bei der Material-Vorbehandlung oder bei der Beschichtung zum Zwecke der Anisotropie- Erhöhung gebräuchlichen Maßnahmen kann auch mittels eines Struktur-Übertragungs-Prozesses eine feine Lamellierung des maßgeblichen Teils des Kopfkern- Materials vorgenommen werden (Fig. 3 (7)).

Claims (3)

1. Anordnung und Verfahren zur magnetischen Informations- Speicherung mit Aufzeichnungs- und Wiedergabe-Köpfen bestehend aus Kopfkern mit darin eingelassenem, zwischen innerer und äußerer Kopfkernbegrenzung verlaufendem Spalt und mit elektrischen Leitern zur Erzeugung der für Positionierung und Aufzeichnung erforderlichen Durchflutung und für die Abnahme der Wiedergabesignale sowie aus der an den Spalt angrenzen­ den Speicherschicht dadurch gekennzeichnet, daß das in den Ebenen zwischen den Kopfkernbegrenzungen liegende Kopfkernmaterial bezüglich Form und/oder Material-Eigenschaften in der Weise dimensioniert und variiert wird, daß mit wachsendem Betrag der Durch­ flutung ein von der inneren Kopfkernbegrenzung aus­ gehender, zur äußeren Kopfkernbegrenzung hin wachsender, vorzugsweise an eine oder beide Spaltkanten anstoßen­ der Teil des Kopfkernmaterials bis zur Sättigung um­ magnetisiert wird und daß beim Aufzeichnungskopf mittels des aus dem Spalt austretenden Streuflusses auch der diesem Teil benachbarte Teil der Speicher­ schicht ebenfalls ummagnetisiert wird und daß der Aufzeichnungsvorgang aus aufeinanderfolgenden, mit jeweils abnehmender Amplitude verbundenen Richtungs­ wechseln besteht, wobei die Differenz aufeinanderfol­ gender Amplituden ein Maß für die aufzuzeichnende Information darstellt und daß der Wiedergabevorgang aus zwischen aufeinanderfolgenden Richtungswechseln verlaufendem, vorzugsweise stetigem Anstieg des Betrags der Durchflutung mit einer von der Relativgeschwindig­ keit zwischen Kopf und Schicht abhängigen Anstiegsrate besteht, wobei das Wiedergabesignal vorzugsweise mittels eines entweder analogen oder digitalen Referenzsignals von einem aus dem von Durchflutung und magnetisierten Schichtelementen gemeinsam erzwungenen Gesamtmagnet­ fluß abgeleiteten Signal abgetrennt werden kann und daß beim Wiedergabekopf durch entsprechende Wahl seiner Geometrie- und/oder Material-Parameter die an den Spalt angrenzende Speicherschicht entweder stets einer nur unterhalb ihrer Ummagnetisierungsfeldstärke liegenden Feldstärke ausgesetzt bleibt oder daß wie im Falle der Aufzeichnung die an den Spalt angrenzende Speicherschicht ebenfalls ummagnetisiert wird und daß die damit ver­ bundene Löschung der Information auf der Speicherschicht nach Zwischenspeicherung außerhalb der Schicht an­ schließend auf den gleichen oder einen anderen Speicher­ schichtplatz zurückübertragen wird.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitales Referenzsignal mittels längs der Spalt­ kantenrichtung angeordneter, in das Kopfkernmaterial eingeprägter, die Ummagnetisierung bei stetiger Durch­ flutungsänderung abwechselnd hemmender und beschleunigen­ der Strukturen erzeugt wird.

3. Anordnung gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein analoges und/oder digitales Referenzsignal mittels einer weiteren, in die Anordnung integrierten, vorzugsweise baugleichen und im gleichen Takt betriebe­ nen Anordnung gewonnen wird.