DE69428864T2

DE69428864T2 - Adaptives Vormagnetisierungssystem für Individual- MR-Wandlerkopf/-Platte/-Kanal

Info

Publication number: DE69428864T2
Application number: DE69428864T
Authority: DE
Inventors: Jodie Ann Christner; Earl A. Cunningham; Gregory John Kerwin; Joe Martin Poss
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 2002-05-02
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: EP0658879B1; TW252200B; MY112261A; BR9405114A; CN1122037A; EP0658879A3; US5412518A; EP0658879A2; KR0167809B1; SG42837A1; KR950020411A; DE69428864D1; JPH07201005A; JP2708383B2; CN1070629C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Magnetspeichervorrichtungen, die magnetoresistive (MR) Wandlerkopfelemente verwenden, und insbesondere die Steuerung des Vormagnetisierungsstroms zur Verbesserung der Leistung solcher Wandlerelemente.
Die Abmessungen eines MR-Kopfes werden kleiner, wobei sich die Toleranzen nicht so schnell vermindern wie die Abmessungen. Die Toleranzen der Höhe des MR-Streifens stellen beim Aufbau einer typischen heutigen Vorrichtung eine Änderung um +/- 33% oder in Bezug auf das Verhältnis vom größten zum kleinsten Wert ein Verhältnis von 2 : 1 dar. Ferner beträgt die Toleranz der Breite des MR-Streifens (die Länge in Richtung des Stromflusses) +/- 20%. Die Toleranz der Dicke beträgt +/- 10 %. Wenn diese Toleranzen als unabhängige Änderungen betrachtet werden, beträgt die Gesamtänderung des Widerstands des Elements ungefähr +/- 40% oder sie besitzt ein Verhältnis vom größten zum kleinsten Wert von 2,33 : 1.
Ein Problem, das aus der großen Variabilität der Abmessungen resultiert, besteht darin, dass bei dem normalen Verfahren der Vormagnetisierung darin, wenn unterschiedliche Köpfe innerhalb einer Vorrichtung verwendet werden, ein großer Unterschied bei der Verlustleistung auftritt. Außerdem schwankt die Stromdichte bedeutend, weil sich der Querschnitt für den Strom (Streifenhöhe mal Dicke) ebenfalls um einen großen Betrag ändert. Die Elektromigration wird als der grundlegende Fehlermechanismus betrachtet. Die Produktlebensdauer ist zur dritten Potenz der Stromdichte umgekehrt proportional sowie exponentiell proportional zur Temperatur (wobei hohe Temperatur nachteilig ist). Da das normale Vormagnetisierungsverfahren einen Gleichstrom verwendet, der für alle Köpfe fest ist, haben die geringen Streifenhöhen und die geringe Schichtdicke einen größeren Widerstand und eine höhere Stromdichte zur Folge. Die resultierende Verlustleistung verursacht einen Temperaturanstieg, der bedeutend größer ist als derjenige, der einem hohen und dicken Streifen zugehörig ist. Somit steigen Temperatur und Stromdichte an und verursachen für die dünnen NR-Elemente mit geringer Streifenhöhe im Vergleich mit den höheren und dickeren Elementen eine viel kürzere Lebenserwartung.
Ein weiterer Gesichtspunkt besteht darin, dass alle diese Faktoren, die den Widerstand erhöhen, auch den Signalpegel ansteigen lassen. Deswegen tritt das beste Signal-Rausch-Verhältnis bei den Köpfen mit dem größten Widerstand auf. Somit erzeugen geringe Streifenhöhen, dünne Schichten und breitere Streifen gute Werte des Signal-Rausch-Verhältnisses, während hohe, dicke und schmale Streifen geringere Werte des Signal-Rausch-Verhältnisses erzeugen. Ein fester Vormagnetisierungsstrom muss dann ein Kompromiss zwischen einem guten Signal und kurzer Lebensdauer sein.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis des elektronischen Signals vom Vorverstärkeraufbau abhängt. Der Vorverstärkeraufbau weist aufgrund der Ziele, "Reduzierung der zur Verfügung stehenden Spannung" und "verminderte Leistung" wesentliche Einschränkungen auf. Gegenwärtige Konstruktionen besitzen üblicherweise eine einzige +5 Volt-Versorgung (+j- 5%). Die Widerstandsänderung des Kopfes führt außerdem infolge des Spannungsabfalls über den Kopf und die Zuleitungen zu Einschränkungen beim Betrag des Vormagnetisierungsstroms, der verwendet werden kann. Dieser Betrag ist durch die mehreren Widerstände und aktiven Elemente beschränkt, die die am Verstärker zur Verfügung stehende Spannung aufteilen müssen. Wenn ein zu großer Strom durch einen Kopf mit großem Widerstand geschickt wird, wird sich die Vorverstärkerstufe sättigen und das Signal verzerren, was eine Verschlechterung des Wirkungsgrads verursacht.
Noch ein weiteres Problem ist das Phänomen des allmählichen Widerstandsanstiegs (gradual resistance increase phenomenon, GRIP), das sich auf die Zuleitungen im MR-Kopf bezieht. Neueren Angaben zufolge ist dieses Phänomen größer als früher erwartet wurde, wobei der Widerstand während der Lebensdauer der Vorrichtung um einige Ohm ansteigt. Eine Konstruktion, die bei der Herstellung zu nahe an den Grenzwerten liegt, kann dann, wenn der Widerstand zu einem späten Zeitpunkt in der Produktlebensdauer ansteigt, im Verstärker eine Sättigung induzieren, wodurch ein wesentlicher Verlust an Leistung verursacht wird.
Die japanische Patentschrift JP61148607 offenbart eine Vorrichtung, die ein magnetisches Mehrspursignal reproduziert; wobei für jede Spur dem Vormagnetisierungsstrom ein optimaler Wert zugeordnet wird. Die Werte werden in einem Festspeicher (ROM) gespeichert, der synchron mit der Wechseltaktung eines Multiplexers ausgelesen wird. Diese Erfindung ermöglicht, dass die Vorrichtung die auf jeder Spur aufgezeichneten digitalen Signale optimal reproduziert. Diese Lösung berücksichtigt keine Ereignisse während der Produktlebensdauer, die die optimalen Werte für jede Spur modifizieren können; sie berücksichtigt weiterhin nicht den Herstellungsvorgang und das Risiko, zu diesem Zeitpunkt Abstriche an der Gesamtleistung der Vorrichtung zu machen.
Ein System, das den Vormagnetisierungsstrom für jede Kopf-/Platten-/Verstärker-Komponentengruppe optimiert, geht das gegenwärtige Problem der Vormagnetisierung bei Datenspeichervorrichtungen mit magnetoresistiven Wandlerköpfen an, das sich durch die Variabilität der Komponenten, die Variabilität von Verstärkerschaltungen und das während der Lebensdauer der Vorrichtung auftretende Phänomen des Widerstandsanstiegs ergibt. Es ist ferner nicht notwendig, zum Zeitpunkt der Herstellung bei der Gesamtleistung der Vorrichtung einen Kompromiss einzugehen, da die Werte des Vormagnetisierungsstroms während der gesamten Betriebsdauer des Produkts periodisch neu eingestellt werden.
Die aktuellen Vormagnetisierungswerte werden bestimmt und mit weiteren Steuerinformationen auf der Plattenoberfläche gespeichert. Wenn das Laufwerk eingeschaltet wird, werden die Vormagnetisierungswerte zum Arbeitsspeicher (RAM) übertragen, damit jedesmal dann ein sofortiger Zugriff möglich ist, wenn ein anderer Wandlerkopf verwendet wird, um Daten vom den Datenträgern zu lesen. Die Kombinationen aus Kopf-/Platten-/Verstärker-Komponenten werden durch die auf der Leiterplatte befindliche Schaltungsanordnung zur Fehlermessung periodisch als eine Funktion einer vorgegebenen Dauer der Leistungsabnahme neu getestet, um die optimalen Werte des Vormagnetisierungsstroms für jede Komponentenkombination neu zu kalibrieren und um die gespeicherten aktuellen Vormagnetisierungswerte zu aktualisieren. Dadurch ist die Vorrichtung während der gesamten Produktlebensdauer selbststabilisierend und neigt bedeutend weniger zu plötzlichen Ausfällen.
Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer Platten-Datenspeichervorichtung. Fig. 2 ist ein Schaltplan, der die individuelle Steuerung des Vormagnetisierungsstroms von mehreren magnetoresistiven Köpfen einer Plattenlaufwerkvorrichtung zeigt. Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm des Steuerungsaufbaus, der zum Implementieren der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine allgemeine Fehlermessschaltung zeigt, die zum Implementieren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Datenspeichervorrichtung mit magnetischer Festplatte zeigt. Die Spindelbaugruppe 5 und die Zugriffsarmbaugruppe 6 sind am Rahmen 7 angebracht. Die Spindelbaugruppe enthält eine Spindel 20, an der die Platten 21 für eine einheitliche Rotation festgeklemmt sind. Die drehbare Spindelbaugruppe 5 bildet den Rotor eines bürstenlosen Gleichstrom-Spindelmotors, wobei sich dessen Statorteil gewöhnlich konzentrisch im Spindelrotor befindet und vom Rahmen 7 getragen wird. Die Zugriffsarmbaugruppe 6 enthält die MR-Wandlerköpfe 10a bis 10d, die jeweils durch elastische Biegeaufhängungen 23 und Arme 24 getragen werden. Die Arme 24 sind zur einheitlichen Rotation um die Achse A als eine Baugruppe befestigt, damit die Wandlerköpfe von einer Spurposition zu einer anderen Spurposition bewegt werden können. Das Schwenken der Kopf/Aufhängungs-Baugruppe wird durch einen Schwingspulenmotor (voice coil motor, VCM) 26 bewirkt, bei dem die Schwingspule 28 durch die Verlängerung-27 des oberen Arms 24 getragen wird und in einen Arbeitsspalt ragt, durch den ein Magnetfeld tritt, wobei ein Gleichstrom in der Schwingspule die Baugruppe Kopf/Arm in eine Richtung schwenkt und eine Umkehrung des Gleichstroms die Kopf/Arm-Baugruppe in die entgegengesetzte Schwenkrichtung steuert.
Das Problem des Vormagnetisierungsstroms wird durch ein System gelöst, das für jede Gruppe von Komponenten in einer Speichervorrichtung den Vormagnetisierungsstrom an Kopf/Platte/Verstärker optimiert und das bei, Änderungen während der Lebensdauer, die eine Verschlechterung verursachen können, eine Neuoptimierung ermöglicht. Die Lösung weist verschiedene Verbesserungen von Operationen auf, die vorher nicht verwendet wurden. Es besteht der Bedarf an einem Verfahren zum Bestimmen, wie die Vormagnetisierung einzustellen ist. Es ist außerdem erforderlich, dass der Vormagnetisierungswert für jeden der Köpfe auf der Platte gespeichert wird. Durch einen Vorverstärker wird ein Strom durch die Wandlerköpfe der Vorrichtung geleitet und es ist Vorsorge getroffen, dass die Kopfschaltungen geprüft werden, um nach solchen Problemen wie Leitungsunterbrechung oder Kurzschluss zu testen. Der Spannungsmesswert wird in einer Datenbank abgelegt und ein Programm bestimmt, ob eine Erhöhung oder eine Verminderung des Stroms erforderlich ist.
Fig. 2 zeigt eine Reihe von Wandlerköpfen 10a bis 10d, die jeweils über einen Transistor 12a bis 12d mit einer Leitung 16 verbunden sind, die zu einer Vorverstärkerschaltung 17 führt. Der Vorverstärkerausgang ist mit dem Datenkanal der Vorrichtung verbunden. Der adressierte Kopf ist durch den jeweiligen Schalter 15a bis 15d mit der Leitung 16 sowie durch den jeweiligen Schalter 14a bis 14d auf der Leitung 18 mit der Quelle des Vormagnetisierungsstroms verbunden. Obwohl die Schalter 14a bis 14d und 15a bis 15d schematisch dargestellt sind, ist es so zu verstehen, dass diese Funktionen durch Verknüpfungsschaltungen unter Verwendung von Halbleitervorrichtungen ausgeführt werden. Die Schaltung 19 zur Steuerung der Rückkopplung wird verwendet, um den Vormagnetisierungsstrom bereitzustellen, während der Kondensator 22 und die dazu parallel liegenden Anschlüsse, die zum Messen der Spannung Vcap über dem Kondensator dienen, eine Bestimmung des Widerstands des MR-Kopfes ermöglichen:
Vcap = Ib Rmr + Vbe
Rmr = (Vcap - Vbe)/Ib
Der Vormagnetisierungsstrom des MR-Kopfes wird als eine Funktion des Widerstands des NR-Kopfes eingestellt.
Die Toleranzunterschiede zwischen den Vorverstärkermodulen werden jedoch nicht berücksichtigt, deswegen muss der maximale Strom so begrenzt sein, dass er mit allen Vorverstärkermodulen über den gesamten Toleranzbereich funktioniert. Ein besseres Optimum könnte erreicht werden, wenn für die Vorverstärkerschaltungen ebenfalls eine Kompensation erfolgen würde.
Um eine gleichwertige Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Systems im Normalbetrieb durchzuführen, kann die Möglichkeit der allgemeinen Fehlermessung (generalized error measurement, GEM) verwendet werden, die in der Europäischen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 93480092.1 gezeigt ist, die am 30. Juni 1993 mit dem Titel "Error Measurement Circuit" eingereicht wurde und an den gleichen Anmelder erteilt wurde. Dieses GEM-System ist dafür vorgesehen, ein Plattenlaufwerk mit einer eingebauten Möglichkeit zu versehen, Prüfungen auszuführen, die in der Vergangenheit ausgeführt wurden, indem das Datenspeicher- und Wiederherstellungssystem an ein Prüfgerät, wie etwa digitale Oszillographen und Logikanalysatoren, angeschlossen wurde. Ein der Standardfunktionen der GEM-Schaltung besteht darin, den mittleren quadratischen Fehler der Abweichüag der Abtastwerte von ihrem optimalen Wert zu bestimmen. Dies liefert im Wesentlichen eine Messung des Signal-Rausch-Verhältnisses, da die Datenamplitude zu diesem Zeitpunkt auf einen gegebenen Referenzpegel normiert worden ist. Die GEM-Schaltungen werden gegenwärtig verwendet, um die beste Anpassung der Ausgleichseinrichtung für jede Kopf/Platten-Kombination zu bestimmen. Sie können in gleicher Weise verwendet werden, um den optimalen Vormagnetisierungsstrom zu finden.
Fig. 3 zeigt ein teilweises Blockdiagramm eines Plattenlaufwerks, das die Erfindung enthält, indem es die GEM-Schaltung verwendet, und Fig. 4 ist ein Blockdiagramm der GEM-Schaltung 33. Die Steuerung wird durch den Mikroprozessor 30 der Vorrichtung und durch den Controller 31 der Kopf/Platten-Baugruppe ausgeübt, der einen Eingang von den Fehlermessschaltungen der GEM-Schaltung 33 empfängt. Als Antwort auf den Fehlerwert; der durch die GEM-Schaltungsanordnung verarbeitet wird, wird der Vormagnetisierungsstrom durch ein 3-Bit-Signal eingestellt, das zur Vorverstärker-Schaltungsanordnung 17 der Armelektronik übertragen wird.
Typische Werte des Stroms Ib als Antwort auf Widerstandswerte des MR-Kopfes lauten:
Die drei höchsten Werte der Vormagnetisierung Ib werden lediglich bei Datenwiederherstellungsprozeduren (data recovery procedures, DRP) verwendet, bei denen kurzzeitige hohe Strompegel die Lebensdauer des MR-Kopfes nicht beeinträchtigen. Für die Wiederherstellung können höhere oder geringere Stromwerte verwendet werden üblicherweise wird ein höherer Wert verwendet, der einen vorgegebenen Prozentwert über dem optimalen Wert nicht übersteigt. Die in der Tabelle mit DRP bezeichneten drei höheren Werte werden lediglich für Wiederherstellungsprozeduren verwendet, im Fall eines Kopfes mit einem geringeren optimalen Wert des Vormagnetisierungsstroms kann der DKP-Wert jedoch auf einige wenige Stufen über oder unter einem solchen optimalen Pegel des Vormagnetisierungsstroms begrenzt sein.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das die GEM-Schaltung 33 zum Ausführen der Fehlermessungen erläutert. Der Block 40 stellt die Erzeugung von Fehlerabtastwerten aus den Datenabtastwerten dar. Ein Fehlerabtastwert wird erzeugt, indem die Differenz zwischen dem erwarteten Wert des Datenabtastwerts und dem Wert des empfangenen Datenabtastwerts berechnet wird.
Die Fehlerabtastwerte werden in einen ersten Verarbeitungspfad, in einen zweiten Verarbeitungspfad und in einen dritten Verarbeitungspfad eingegeben. Die in einen ersten Verarbeitungspfad eingegebenen Fehlerabtastwerte werden durch einen Quadrierer 41 quadriert. Der Quadrierer 41 erzeugt einem Signalausgang, der den Quadratwert jedes Fehlerabtastwerts enthält. Die Fehlerabtastwerte werden durch einen Komparator 43 mit einem Vergleichspegel 42 verglichen. Der Komparator 43 erzeugt ein Ausgangssignal, das eine logische Eins enthält, wenn der eingegebene Fehlerabtastwert größer oder gleich dem Vergleichspegel 42 ist, und das eine logische Null enthält, wenn der eingegebene Fehlerabtastwert kleiner als der Vergleichspegel 42 ist.
Ein dritter Verarbeitungspfad enthält einen Multiplizierer 44 und einen Inverter 45. Die in den dritten Verarbeitungspfad eingegebenen Fehlerabtastwerte können entweder sowohl vom Multiplizierer 44 als auch vom Inverter 45 oder von keinem der beiden verarbeitet werden. Es ist außerdem möglich, dass die in den dritten Verarbeitungspfad eingegebenen Fehlerabtastwerte entweder nicht durch den Multiplizierer 44 oder nicht durch den Inverter 45 verarbeitet werden. Die Auswahl erfolgt durch den Mikroprozessor 30 in Abhängigkeit von der auszuführenden Prüfung.
Der Multiplizierer 44 multipliziert jeden Fehlerabtastwert mit einem Steigungswert des Signals, das im Datenspeicher- und Wiederherstellungssystem gespeichert ist. Der Steigungswert des gespeicherten Signals, das einem Datenabtastwert zugehörig ist, wird mit dem Fehlerabtastwert multipliziert, der aus diesem Datenabtastwert erzeugt wurde. Das Ergebnis dieser Multiplikation wird anschließend in den Inverter 45 eingegeben, wenn der Inverter 45 Teil dieses Prozesses sein soll.
Der Inverter 45 empfängt als sein Eingangssignal entweder multiplizierte Fehlerabtastwerte, wenn der Multiplizierer 44 in den Prozess eingeschlossen wurde, oder 11e Fehlerabtastwerte, wenn der Multiplizierer 44 nicht in den Prozess eingeschlossen wurde. Als Antwort auf eine Eingabe einer aufeinanderfolgenden Anzahl von Fehlerabtastwerten oder von multiplizierten Fehlerabtastwerten, die einem Datentyp Null zugehörig sind, invertiert der Inverter 45 die Eingabe durch Umkehrung des Vorzeichens des letzten Fehlerabtastwerts oder des letzten multiplizierten Fehlerabtastwerts der aufeinanderfolgenden Zahl.
Der Selektor 46 empfängt als ein Eingangssignal ein Signal vom ersten. Verarbeitungspfad, vom zweiten Verarbeitungspfad, vom dritten Verarbeitungspfad oder von einer Quelle der Pegelabtastwerte 47 eines logischen Datenpegels. In einer bevorzugten Ausführungsart liefert die Quelle der Abtastwerte 47 eine logische Eins als Eingangssignal am den Selektor 46. Der Mikroprozessor 30 verwendet den Selektor 46, um das Ausgangssignal von einem der Verarbeitungspfade oder von der Quelle der Pegelabtastwerte 47 zum Gate 49 zu leiten.
Wenn der Selektor 46 ein Signal, das durch einen der Verarbeitungspfade oder durch die Abtastwertquelle 47 erzeugt wird, als ein Eingangssignal gewählt hat, gibt der Selektor 46 das gewählte Signal an das Gate 49 aus. Das Gate 49 lässt das gewählte Signal als Antwort auf die Übereinstimmung des Datentyps, der einem Signal mit einem gewünschten Datentyp zugehörig ist, das durch die Quelle 50 geliefert wird, durch. Der Ausgang des Gates 49 wird anschließend im Akkumulator 51 akkumuliert. Auf das nun im Akkumulator 51 befindliche Ergebnis kann durch den Mikroprozessor 30 im Datenspeicher- und Wiederherstellungssystem zugegriffen werden. Das Ergebnis kann dann verwendet werden, um ein Problem im Datenspeicher- und Wiederherstellungssystem zu identifizieren.
Im einfachsten Fall kann angenommen werden, dass der MR-Kopf ein sauberes lineares Ausgangssignal ohne Aberrationen oder Verzerrungen, Asymmetrien oder Instabilitäten besitzt. Wenn dies für alle Vormagnetisierungsströme zutreffen sollte, wäre es wünschenswert, einen sehr großen Strom zu haben, da das Signal-Rausch-Verhältnis mit einem anwachsenden Vormagnetisierungsstrom weiter ansteigen würde. Dann ist es jedoch erforderlich, den Vorverstärker näher zu betrachten. Der Vorverstärker besitzt in der ersten Stufe zwei Hauptstellen, an denen eine Sättigung auftreten kann, und diese ist eine Funktion der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung und der speziellen Toleranzen einiger interner Teile einschließlich Widerstände in der Kette, und diese hängen außerdem von der Temperatur ab. Die Widerstände in einem Modul besitzen einen positiven Temperaturkoeffizienten und steigen mit der Temperatur an. Die Sperrschichtspannungen des Transistors ändern sich ebenfalls mit der Temperatur. Infolge der Änderungen erfolgt der Beginn der Sättigung des Vorverstärkers bei unterschiedlichen Amplituden und bei unterschiedlichen Temperaturen und Versorgungsspannungen. Im Allgemeinen sind die niedrigste Versorgungsspannung und die höchste Temperatur der schlimmste Fall (worst case) oder die Sättigung tritt bei einer geringeren Signalamplitude ein.
Die beiden empfindlichsten Punkte, an denen es wahrscheinlich ist, dass Sättigung eintritt, sind entweder in dem Abschnitt, der den MR-Kopf enthält, oder in dem Ausgangsabschnitt der ersten Stufe, der den Lastwiderstand enthält. Somit wird im Verstärker, selbst wenn der Kopf einen sehr geringen Widerstand aufweist, bei einem gewissen Vormagnetisierungsstrom am Ausgangstransistor und am Lastwiderstand in der ersten Stufe eine Sättigung erfolgen. Dies bestimmt den maximalen Strom, der in einem beliebigen Widerstandskopf verwendet werden kann. Wenn der Kopf einen Widerstand besitzt, der größer als ein kritischer Wert ist, wird eine Sättigung des Verstärkers von der Spannung über dem MR-Kopf bei einem Strom eintreten, der kleiner als der Betrag ist, der die Ausgangsstufe sättigt. Somit würde z. B. dann, wenn der Kopfwiderstand das 1,5fache des kritischen Widerstands beträgt, der maximale Strom zwei Drittel des maximalen Stroms betragen, der durch den Lastwiderstand und durch den Transistor der ersten Stufe bestimmt wird.
Die Transistoren im Verstärker werden sehr nahe an der Grenze des günstigen Betriebs vorgespannt, um die geringe Versorgungsspannung zu verwenden und um die gewünschten Eigenschaften beizubehalten. In Bezug auf die Sättigung arbeitet das System anfangs bei einer Spannung, die ziemlich nahe an der Sättigung liegt. Somit sind die betrachteten Änderungen relativ klein, in vielen Fällen lediglich einige wenige Zehntel Volt. Dadurch sind die Sättigungscharakteristiken relativ weich. Dies bedeutet, dass die Verzerrung des Verstärkers bei erhöhter Signalamplitude ziemlich sanft ansteigt.
Der optimale Strom wird im "einfachen" Fall durch das Analysieren zweier Effekte ermittelt, des vergrößerten Signal-Rausch-Verhältnisses (S/R) bei erhöhter Vormagnetisierung und der erhöhten Verzerrung bei Vormagnetisierung, um das Auftreten eines Optimums zu bewirken. Der erhöhte S/R-Wert ist relativ linear. Die Verzerrung neigt dazu, quadratisch anzuwachsen, und dies verursacht schließlich eine schnellere Verschlechterung als das lineare Anwachsen des S/R-Werts. Das Ausmaß der Verzerrung hängt mit der Amplitude des magnetischen Flusses zusammen, der in den MR-Kopf eintritt. Es gibt somit eine abgerundete Kurve des Verhaltens der Fehlerrate in Abhängigkeit vom Vormagnetisierungsstrom, wobei beim Kompromissstrom eine optimale Fehlerrate erreicht wird.
Der optimale Vormagnetisierungsstrom ist kein fester Wert, da sich die Versorgungsspannung oder die Temperatur ändern können. Über den Bereich von Temperatur und Versorgungsspannung ist es wünschenswert, dass die beste Gesamtfehlerrate beibehalten wird. Der beste Arbeitspunkt wäre ein Punkt, an dem die geringste Versorgungsspannung und die höchste Temperatur verursachen würden, dass die Fehlerrate geringfügig schlechter als der Optimalwert ist, da dieser Arbeitspunkt nicht sehr häufig auftritt. Im Test ist es nicht wahrscheinlich, dass die Temperatur auf die höchstmögliche Temperatur geregelt wird. Um einen Ausgleich dafür zu schaffen, dass der Test nicht bei der höchsten Temperatur erfolgt, ist es somit erforderlich, eine gewisse Zusatzbelastung vorzusehen. Um den optimalem Punkt zu bestimmen ist es erforderlich, Messungen darüber zu erhalten, wie schnell sich die Leistung mit der Spannung, mit der Temperatur und mit dem Strom für die beiden Fälle, dass der Ausgangstransistor den Vormagnetisierungsstrom begrenzt und dass der Widerstand des MR-Kopfes den Vormagnetisierungsstrom begrenzt, verschlechtert.
Ein erstes Element zur Anpassung an die Realität besteht darin, den Effekt der Nichtlinearität des MR-Kopfes zusätzlich zu berücksichtigen. Eine gewisse Sättigung der Signalspitzen wird im Ergebnis dessen erreicht, dass sie auf einer "S"-förmigen Seite der glockenförmigen Kurve des Widerstands als Funktion vom Eingangsfluss vormagnetisiert sind. Normalerweise ist der Eingangsfluss ausreichend gering, sodass dann, wenn die Vormagnetisierung optimal zentriert ist, die Kurve sehr linear verläuft. Wenn die Vormagnetisierung versetzt ist, können positive Spitzen oder negative Spitzen hinsichtlich ihrer Amplitude reduziert sein. Dies wird als Amplitudenasymmetrie bezeichnet. Asymmetrie verursacht eine Verschlechterung der Leistung, somit sind große Asymmetrien "nachteilig".
Die Vormagnetisierung des Kopfes wird zuerst durch eine harte Vormagnetisierung (Permanentmagnet) an jedem Ende des Streifens erreicht, die ein Magnetfeld in Richtung des Stromflusses durch den Streifen schafft. Eine benachbarte weiche Schicht des MR-Abschnitts selbst liefert eine Vormagnetisierung "kreisförmig" durch die benachbarte weiche Schicht nach oben und durch den MR-Streifen nach unten. Dieses Feld im MR-Streifen zeigt nach unten zur Datenträgeroberfläche. Die Kombination dieser beiden und einiger weiterer Effekte ergibt einen Vormagnetisierungswinkel der Domainenbereiche, der ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Vormagnetisierungsfeldern liegt. Obwohl angenommen wird, dass die benachbarte weiche Schicht gesättigt ist, gibt es trotzdem eine gewisse Änderung des Vormagnetisierungsfeldes mit dem Vormagnetisierungsstrom. Deswegen besitzt der Vormagnetisierungsstrom einen gewissen Einfluss auf den Vormagnetisierungswinkel und somit auf die Asymmetrie.
Man könnte vermuten, dass dann, wenn der Vormagnetisierungsstrom für unterschiedliche Streifen geändert wird, die Asymmetrie verschlechtert würde. Dies ist jedoch nicht richtig, die Asymmetrie wird tatsächlich verbessert. Bei einem Beispiel, in dem eine Streifenhöhe doppelt so groß ist wie die eines anderen Streifens, können Ergebnisse verglichen werden. Die Vormagrietisierung von den harten Vormagnetisierungsmagneten ist jeweils die gleiche. Wenn jedoch im hohen Streifen der gleiche Strom wie im flachen Streifen verwendet wird; wird die gleiche Anzahl von Amplitudenwindüngen der magnetischen Urspannung den Fluss rund um die "Schleife" der benachbarten weichen Schicht und der MR-Schicht steuern. Wenn jedoch von dem höheren Streifen dasselbe Vormagnetisierungsfeld wie vom flacheren Streifen gewünnscht wird, wird die doppelte Anzahl von Amplitudenwindungen benötigt, da jeder Abschnitt der Schleife die doppelte Strecke umfasst. Der Abstand zwischen den Schichten ist sehr klein im Vergleich zur Streifenhöhe. Zum Aufrechterhalten des gleichen Vormagnetisierungswinkels ist im hohen Streifen verglichen mit dem flachen Streifen somit ungefähr der doppelte Strom vorhanden. Auf diese Weise wird ersichtlich, dass ein fester Strom, der bei unterschiedlichen Streifenhöhen verwendet wird, dafür verantwortlich ist, dass die Asymmetrie vom optimalen Wert weggezogen wird. Das Einstellen der Ströme näher an den Wert, der gleiche Amplitudenwindungen ergibt, wird eine geringere Änderung der Asymmetrie sowie darauf aufbauend einen geringeren Leistungsverlust verursachen.
Selbst bei der Verbesserung, die der einstellbare Vormagnetisierungsstrom schafft, gibt es für unterschiedliche Köpfe immer noch eine Abweichung in der Asymmetrie. In diesem Fall addieren sich die Verzerrung der Kurvenform durch die Asymmetrie und die durch die Verstärkersättigung. Diese Verzerrungen sind im Allgemeinen nicht unkorreliert. Die Asymmetrie verzerrt grundsätzlich eine Polarität der Spitze. Außerdem ist es normal, dass lediglich eine Polarität der Spitze im Verstärker verzerrt wird, da in der Schaltung normalerweise nicht beide Polaritäten identische Belastungen aufweisen. Wenn die Schaltung und die Asymmetrie auf die Spitze mit der gleichen Polarität treffen, wird sich eine schnellere Verschlechterung ergeben. Wenn sie auf entgegengesetzte Spitzen treffen, kann vor der Verschlechterung tatsächlich eine gewisse Verbesserung auftreten. Wenn beide Spitzen um einen vergleichbaren Betrag reduziert sind, gibt es trotzdem noch eine gewisse Verschlechterung, es wird jedoch kein Versatz erzeugt, der schlimmer sein kann als die Verzerrung höherer Ordnung.
Wenn die GEM-Schaltung die effektive S/R-Messung eines Signals aufnimmt, wird sie automatisch die Gesamtverzerrung des Signals vergleichen und wird die Wahl des optimalen Stroms für diese Bedingungen anzeigen.
Der Betrag der Flussstärke der Plätte wird das Ausmaß der Asymmetrie beeinflussen, die im Signal ersichtlich ist, da eine höhere Flussstärke die Übertragungsfunktion des Kopfes weiter zur Nichtlinearität hin steuern wird. Da die Einstellung des Vormagnetisierungsströms den Bereich der Asymmetrie reduziert, kann dann der Betrag des Flusses von der Platte erhöht werden. Dies kann eine größere Amplitude des Signals von allen Köpfen ermöglichen, ohne dass eine stärkere Asymmetrie als die gegenwärtig beobachtete verursacht wird.
In Bezug auf Köpfe, die eine gewisse Asymmetrie aufweisen, werden Platten, die eine geringere Flussstärke und somit ein schwächeres Signal aufweisen, im Vergleich zu der Platte mit größerer Flussstärke eine geringere Asymmetrie der resultierenden Ausgangsspannung aufweisen. Der optimale Vormagnetisierungsstrom wird im Fall einer Platte mit einer geringeren Flussstärke im Allgemeinen höher sein als für eine Platte mit hoher Flussstärke. Dies bedeutet, dass das System einen besseren Kompromiss zwischen Signal und Asymmetrie liefern wird, der zusätzlich zu Kopf- und Verstärkeränderungen auch die Plattenänderungen abdeckt.
Wenn eine "stabile" Instabilität vorhanden ist, wird die GEM-Schaltung die beste Stelle für den Vormagnetisierungsstrom heraussuchen. Da Kombinationen aus Signalfluss und Vormagnetisierungsfluss Instabilitäten auslösen werden, wird die Instabilität in einigen Fällen ständige Verzerrungen der Kurvenform hervorrufen und die Leistung bedenklich verschlechtern. Wenn jedoch das Vormagnetisierungsfeld auf die eine oder aridere Art geändert wird, sodass die Feldstärke nicht ausreicht, um die Instabilität um den Beharrungswert pendeln zu lassen, wird die Kurvenform stabil und die Leistung gut sein. Darin liegt die Absicht bei Datenwiederherstellungsprozeduren, wenn Änderungen des Vormagnetisierungsstroms verwendet werden. Das Ergebnis besteht darin, dass die optimale Vormagnetisierung durch die GEM-Messung des effektiven S/R-Werts bei den besten Betriebsbedingungen bestimmt wird und von Problemen, wie etwa starker Asymmetrie, oder von Instabilitäten automatisch weg verschoben wird.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung reduziert die Abweichung in der Asymmetrie und kann somit im Vergleich zu Standardkonstruktionen eine größere Flussstärke der Platte ermöglichen. Die Erfindung führt außerdem einen Selbstausgleich der Asymmetrie als eine Funktion der Plattenflussstärke durch, um für alle Komponenten das beste Signal-Rausch-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Die Erfindung arbeitet außerdem mit anderen Vormagnetisierungsmechanismen zusammen, da sie ein System zur Gesamtoptimierung ist.
Wenn der zum Zeitpunkt der Herstellung gewählte Vormagnetisierungsstrom während der Lebensdauer des Produkts verwendet werden soll, muss der Vormagnetisierungsstrom auf einen Kompromisswert eingestellt werden, der so berechnet ist, dass er zukünftigen Änderungen in den Parametern der Kopf/Platte/Kanal-Kombination Rechnung trägt. Dies würde den Vorteil der Erfindung verringern, da die momentane Leistung des MR-Lesekopf-Wandlersystems vermindert wird. Die optimale Leistung kann während der Produktlebensdauer folgendermaßer aufrechterhalten werden. Eine Fehlermessschaltung, die einen Teil der Schaltungsanordnung des Laufwerks darstellt, ruft periodisch, beispielsweise nach jeder Betriebsstunde, eine Testsequenz zum Messen von Fehlerwerten in Bezug auf alle Kombinationen der Komponenten Kopf/Platte/Kanal auf. Diese Testsequenz optimiert die Werte des Vormagnetisierungsstroms neu und ersetzt bei Bedarf vorhandene Werte durch die neuen Werte. Die Werte des Vormagnetisierungsstroms können üblicherweise aus einer Tabelle gewählt werden, wie etwa jene, die obenstehend bei der Erläuterung von Fig. 3 gezeigt ist. Eine solche Tabelle kann jede Anzahl von abgestuften Werten enthalten. Somit kann der Vormagnetisierungsstrom immer so gewählt werden, dass die Leistung unter den gegebenen Bedingungen optimiert wird. Die Optimierungsprozedur kann theoretisch eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses um einen Faktor von zwei bringen. Einige Vorteile können gegen eine erhöhte Zuverlässigkeit eingetauscht werden.
Die adaptive Steuerung des Vormagnetisierungsstroms für einen MR-Kopf wird bewirkt, indem zum Zeitpunkt der Herstellung auf jeden Kopf zugegriffen und für jede Komponentenkombination Kopf/Platte/Kanal ein optimierter Vormagnetisierungsstrom bestimmt wird und indem diese Werte auf dem Abschnitt der Plattenoberfläche, der für die Speicherung von Gerätesteuerinformationen vorgesehen ist, gespeichert werden. Als ein Teil des Einschaltablaufs des Plattenlaufwerks werden anfangs geringe Vormagnetisierungsströme bei dem Versuch verwendet, die gespeicherten optimalen Werte des Vormagnetisierungsstroms zu lesen. Bei Bedarf werden die anfänglichen Werte auf einen nominalen Wert: erhöht, jedoch nicht so weit, dass sie einen Kopf mit geringer Streifenhöhe beschädigen könnten. Nachdem die gespeicherten Werte des Vormagnetisierungsstroms gelesen wurden, werden sie zum Arbeitsspeicher im Laufwerk übertragen. Während des Betriebs wird jedesmal dann, wenn ein Kopfschaltbefehl auftritt, auf die Werte des Vormagnetisierungsstroms zugegriffen und der Kopf, der aktiv wird, wird mit dem angegebenen Stromwert vormagnetisiert.

Claims

1. Verfahren zum adaptiven Steuern des Lesekopf- Vormagnetisierungsstroms in einer magnetischen Datenspeichervorrichtung, die Daten aufweist, die auf einer Datenträgeroberfläche (21) in Spuren aufgezeichnet sind, und mindestens einen magnetoresistiven (MR) Wandlerlesekopf (10a) enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Bestimmen eines optimierten Werts des Vormagnetisierungsstroms für jeden MR-Kopf (10a bis 10d);

Speichern des optimierten Werts des Vormagnetisierungsstroms;

Versorgen des aktiven MR-Kopfes mit einem Vormagnetisierungsstrom gemäß dem gespeicherten Wert;

periodisches Neubestimmen des optimierten Werts des Vormagnetisierungsstroms für jeden MR-Kopf; und

Überarbeiten der gespeicherten Werte des Vormagnetisierungsstroms, sodass sie den neu bestimmten optimierten Werten des Vormagnetisierungsstroms entsprechen.

2. Verfahren zum adaptiven Steuern nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Speicherns der Vormagnetisierungsstromwerte das Speichern der Werte auf einer Plattenmedienoberfläche (21) umfasst und wobei das Verfahren ferner den Schritt des Übertragens der Werte des Vormagnetisierungsstroms während des Einschaltablaufs der Vorrichtung vom Plattenspeicher (21) zum Arbeitsspeicher umfasst.

3. Verfahren zum adaptiven Steuern nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Versorgens des aktiven MR-Kopfes mit einem Vormagnetisierungsstrom bei jedem Kopfschaltbefehl das Zugreifen auf die Werte des Vormagnetisierungsstroms im Arbeitsspeicher und das Bereitstellen eines Vormagnetisierungsstroms gemäß dem gespeicherten Wert umfasst.

4. Verfahren zum adaptiven Steuern des Lesekopf- Vormagnetisierungsstroms in einer magnetischen Datenspeichervorrichtung, die Daten aufweist, die auf einer Datenträgeroberfläche (21) in Spuren aufgezeichnet sind, und die mindestens einen magnetoresistiven (MR) Wandlerkopf (10a) enthält, in der in Bezug auf jede Komponentenkombination MR-Kopf/Platte ein optimierter Wert des Vormagnetisierungsstroms gespeichert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Versorgen des aktiven MR-Kopfes mit einem Vormagnetisierungsstrom gemäß dem jeweiligen gespeicherten Wert des Vormagnetisierungsstroms;

periodisches Neubestimmen des optimierten Werts des Vormagnetisierungsstroms für jeden der mehreren NR-Köpfe (10a bis 10d); und

5. Verfahren zum adaptiven Steuern nach Anspruch 4, bei dem die Datenspeichervorrichtung die optimierten Werte des Vormagnetisierungsstroms auf einer Plattenmedienoberfläche (21) gespeichert enthält und das ferner den Schritt des Übertragens der Werte des Vormagnetisierungsstroms von der Plattenoberfläche (21) zu einem aktiven Speicher in der Speichervorrichtung während der Einschaltoperation umfasst.

6. Verfahren zum adaptiven Steuern nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des Neubestimmens der optimierten Werte des Vormagnetisierungsstroms aufgerufen wird, nachdem festgestellt wurde, dass seit dem unmittelbar vorausgegangenen Neuoptimierungsschritt ein vorgegebener Zeitraum des Betriebs der Vorrichtung verstrichen ist.

7. Magnetplatten-Datenspeichervorrichtung, die Folgendes umfasst:

mindestens ein magnetisches Festplatten-Speichermedium (21),

mindestens einen magnetoresistiven (MR) Wandlerlesekopf (10a) zum Lesen der Daten, die auf der Oberfläche des mindestens einen Speichermediums (21) in Spuren gespeichert sind;

Mittel zum Speichern von Werten des Vormagnetisierungsstroms; und

Mittel zum Anlegen eines Vormagnetisierungsstroms (17) an den aktiven MR-Lesekopf gemäß dem für diesen Kopf gespeicherten Wert des Vormagnetisierungsstroms;

dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem umfasst:

Mittel (33) zum Bestimmen optimierter Werte des Vormagnetisierungsstroms für jeden der MR-Leseköpfe; und

Mittel (30) zum Aufrufen der Mittel zum Bestimmen optimierter Werte des Vormagnetisierungsstroms beim Auftreten eines Ereignisses und zum entsprechenden Ändern des an den Kopf angelegten Werts des Vormagnetisierungsstroms.

8. Magnetplatten-Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Mittel zum Aufrufen der Mittel zum Bestimmen optimierter Werte des Vormagnetisierungsstroms beim Auftreten eines Ereignisses und entsprechenden Ändern des Werts des an den Kopf angelegten Vormagnetisierungsstroms weiterhin Mittel zum Speichern von Werten des Vormagnetisierungsstroms aufrufen, um die Werte des Vormagnetisierungsstroms durch die optimierten Werte des Vormagnetisierungsstroms zu aktualisieren.

9. Magnetplatten-Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Ereignis eine vorgegebene Dauer des Betriebs der Speichervorrichtung nach der unmittelbar zuvor erfolgten Optimierungssequenz umfasst.

10. Magnetplatten-Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Ereignis einen Lesefehlerzustand umfasst.

11. Magnetplatten-Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Mittel zum Speichern optimierter Werte des Vormagnetisierungsstroms das Speichern der optimierten Werte auf einem Abschnitt der Plattenoberfläche umfassen, der Steuerinformationen der Vorrichtung enthält, und wobei die Vorrichtung außerdem Mittel zum Übertragen der optimierten Werte des Vormagnetisierungsstroms während der Einschaltprozedur vom Plattenoberflächenspeicher zum Arbeitsspeicher in der Vorrichtung umfasst.

12·. Magnetplatten-Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Mittel zum Bestimmen optimierter Werte des Vormagnetisierungsstroms eine allgemeine Fehlermessschaltung (33) umfassen, die zur Optimierung des Vormagnetisierungsstroms während der ersten Leerlaufperiode nach dem Auftreten des Ereignisses herangezogen wird.