JP4823391B1 - マイクロ波アシスト機能を有する磁気ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁気ディスク装置のマイクロ波アシストを行うSTOAR素子が、確実に発振しているか判断する。
【解決手段】電流バイアス時にSTOAR素子が発振すると、素子の抵抗値が高くなる。そこで、電流バイアスを出力しているヘッドICにおいて、STOAR素子に印加されている電圧を検知し、電圧が閾値以上に増加した場合は発振していると判断することが可能になる。これは逆に、閾値以下の電圧の場合は、STOAR素子は発振していないと判定できる。また一定の閾値以上に電圧が達した後に抵抗値が低下する場合は、発振が弱まっていると判定できるため、電流でブーストすることでSTOAR素子を再び正常に発振させることが可能である。
【選択図】 図5
【解決手段】電流バイアス時にSTOAR素子が発振すると、素子の抵抗値が高くなる。そこで、電流バイアスを出力しているヘッドICにおいて、STOAR素子に印加されている電圧を検知し、電圧が閾値以上に増加した場合は発振していると判断することが可能になる。これは逆に、閾値以下の電圧の場合は、STOAR素子は発振していないと判定できる。また一定の閾値以上に電圧が達した後に抵抗値が低下する場合は、発振が弱まっていると判定できるため、電流でブーストすることでSTOAR素子を再び正常に発振させることが可能である。
【選択図】 図5
Description
本発明の実施形態はマイクロ波アシスト機能を有する磁気ディスク装置に関する。
近年、HDD等の磁気ディスク装置の高記録密度化に向けて、Write時に媒体表面にマイクロ波(高周波磁界)を印加して、媒体表面を情報が書き易い状態にして情報記録するマイクロ波アシストが注目されている。マイクロ波アシストはSTOAR素子に定電流バイアスを加えることで、素子を数十GHzオーダーで発振させてマイクロ波を出力させ、媒体のHcを下げ媒体を書き易い状態とする機能である。バイアスがDCの電流であるために制御が容易であり、搭載による敷居は高くなく、次世代の磁気ディスク装置には必要な機能となっている。
STOAR素子は数十GHzオーダーの発振を行っているため、ヘッドIC・伝送路の信号帯域よりも一般に高周波であるので発振信号が減衰し、素子が確実に発振しているか判断することが難しい。
本発明の実施形態は、磁気ディスク装置のマイクロ波アシストを行うSTOAR素子が、確実に発振しているか判断することを目的とする。
電流バイアス時にSTOAR素子が発振すると、素子の抵抗値が高くなる。これはバイアス電流を与えるGMRヘッド等の仕組みと同じである。そこで、電流バイアスを出力しているヘッドICにおいて、STOAR素子に印加されている電圧を検知し、電圧が閾値以上に増加した場合は発振していると判断することが可能になる。これは逆に、閾値以下の電圧の場合は、STOAR素子は発振していないと判定できる。また一定の閾値以上に電圧が達した後に抵抗値が低下する場合は、発振が弱まっていると判定できるため、電流でブーストすることでSTOAR素子を再び正常に発振させることが可能である。
以下、本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態に関するディスクドライブ10の要部を示すブロック図である。本実施形態のディスクドライブ10は、磁気記録媒体であるディスク11と、スピンドルモータ12と、ヘッド13と、ヘッドアンプ14と、ハードディスクコントローラ(HDC、単にディスクコントローラと表記する)15とを有する。スピンドルモータ12は、ディスク11を回転させる。ヘッド13は、リードヘッド素子とライトヘッド素子とを含み、ディスク11からデータを読み出し、またデータを書き込む。
ヘッドアンプ14は一般にICとして構成され、ヘッド13により読み出された信号(リードデータ)を増幅して、ディスクコントローラ15に伝送する。また、ヘッドアンプ14は、ディスクコントローラ15から出力される信号(ライトデータ)をライト電流に変換してヘッド13に伝送する。
ディスクコントローラ15は、リード/ライト(R/W)チャネル17及びコントローラ18を含む。R/Wチャネル17は、データ記録再生の信号処理回路であり、ヘッド13により読み出されたリードデータをデコードし、またライトデータをエンコードする機能を有する。コントローラ18は、R/Wチャネル17とホストシステム20とのデータ転送を制御するインターフェースである。また、コントローラ18は、R/Wチャネル17を介してデータ記録再生動作を制御する。
ホストシステム20は、ディスクドライブ10を外部記憶装置として使用するパーソナルコンピュータやディジタルテレビなどのディジタル機器である。
図2は、ヘッド13及びヘッドアンプ(ヘッドIC)14の詳細を示すブロック図である。
先ず、ヘッドアンプ14について説明する。
リードアンプ(Read Amp)21は、記録媒体からMR素子30で読み取った信号を増幅させる増幅器である。リードアンプ21は、例えば数mVppの信号を後段のRチャンネル(Read Channel)が読み取れる数百mVppの信号に増幅する。ライトドライバ(Write Driver)22は、データを記録媒体へ書き込むため、ライトエレメント31に電流を流すドライバーである。ライトドライバ22は、例えば±数十mAの電流をライトヘッドに流す。
ヒータドライバ(Heater Driver)23は、ヘッド13に設けられたヒータ32を発熱させるためのドライバーである。STOARドライバ24はSTOAR素子33を発振させるための電流を供給するドライバーである。誤りインジケータ(Fault Indicator)25はヘッドアンプ14やその周辺(ヘッドなど)の異常を検出する機能を有する。シリアルポートレジスタ(Serial Port Register)26はヘッドアンプ設定用のレジスタである。モードコントローラ(Mode Control)27はプリアンプの書き込み(Write)/読み込み(Read)を切り替える制御部である。
次に、ヘッド13について説明する。
MRエレメント(MR element)30は、媒体の磁気極性(N極/S極)で抵抗値が変わる素子であり、GMRヘッドやTMRヘッドがある。MRエレメント30に一定の電流/電圧を加え、抵抗値変化を電圧/電流の変化に変換する。ライトエレメント(Write element)31は、記録媒体を磁化させるための素子(コイル)である。ライトエレメント31に信号電流を流すと、コイルにて磁界が発生し、記録媒体が所望の極性に磁化して信号が記録される。ヒータエレメント(Heater element)32は発熱することでヘッドを熱膨張させ、媒体表面からヘッドまでの距離(浮上量)を制御するもので、素子自体は抵抗である。STOARエレメント33はライト中にこの素子へ定電流を流すことで、内部の磁化が数十GHzで発振する。これにより数十GHzの高周波磁界が媒体にかかり、媒体の磁性体粒子が共鳴して反転しやすくなる。この結果、情報の書き換えが容易となる。
図3はSTOAR発振の原理を示す図である。
電子が磁性薄膜中を流れる時、磁性体磁化と同じ向きのスピンを持つ電子は透過し易く、磁性体磁化と反対方向を向く電子は反射し易い。反射した電子でフリー層の磁化が回転し発振する。このときの発振周波数は、例えば数十GHzである。
図4はSTOAR素子の発振と抵抗値の関係を示す図である。
媒体の磁性体共鳴周波数に一致する高周波磁界を媒体に印加すると、媒体磁化が振動し、媒体Hc(保磁力)が低下する。このとき、Writeヘッドの磁界でデータを書き込む。そして、高周波磁界を除去すると、媒体が高Hcに復帰し、磁性体の磁化が安定する。
図5は、STOAR素子の発振を確認するSTOAR素子発振確認回路の構成を示す図である。
STOAR素子33には、定電流源34から供給される定電流Ibiasが流れる。定電流源34は抵抗35、FET36、コンパレータ37、Ibias調整用DAC38を含む。STOAR素子33を正常に発振させるためには、適切な大きさの定電流Ibiasを流す必要がある。従って定電流源34は、DAC38により定電流の大きさが予め調節される。定電流源34の構成は、図5に示される構成に限らず、定電流Ibiasを正確に調整できるものであれば一般的な他の構成を適用できる。
前述のように、STOAR素子33の発振周波数は一般に数十GHzであるから、この発振信号はSTOAR素子33からコンパレータ39までの信号経路で一般に減衰される。更に、コンパレータ39は数十GHzの信号には応答しない一般的なものを用いる。従って、コンパレータ39は電圧Vstoarの平均な値Vstoar’と閾値電圧Vthとを比較することになる。電圧Vstoar’が閾値電圧Vth1より高ければ、信号Faultとして例えばLレベルを出力し、低ければHレベルを出力する。尚、発振成分及びノイズを除去するために、Vstoarをローパスフィルタにかけてからコンパレータ39に入力しても良い。
STOAR素子33は前述したように、発振していればその内部抵抗は、発振していない時より大きいので、Vstoarは比較的高い電圧となる。このとき、電圧Vstoar’は所定電圧Vthより大きく、コンパレータ39は例えばLレベルを出力する。
一方、STOAR素子33の発振が停止又は弱まっていれば、STOAR素子33の内部抵抗は、発振している時より小さいので、Vstoarは比較的低い電圧となる。このとき、電圧Vstoar’は所定電圧Vthより小さく、コンパレータ39はHレベルを出力する。
STOAR素子33は、図2のヘッド13内に設けられ、定電流源34及びコンパレータ39はヘッドアンプ14のSTOARドライバ24に対応する。信号Faultは、誤りインジケータ25を介してディスクコントローラ15に伝送される。ディスクコントローラ15において、コントローラ18は信号FaultとしてHレベル信号を入力すると、STOAR素子33の発振が弱まっている、あるいは停止していると判断し、再びSTOAR素子33が正常に発振するように、定電流源34のIbiasDAC38に今までより大きな値を設定して定電流Ibiasを増加する。STOAR素子33が正常に発振するまで、このDACの再設定動作は繰り返される。
以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロ波アシスト機能であるSTOARにおいて、素子の発振の有無が判別できるとともに、STOAR素子の発振が停止した場合でも、コントローラ18の制御の下に正常な発振を再開できる。
次に本発明によるSTOAR素子発振確認回路の第2実施形態を説明する。
図6は第2実施形態の回路構成を示す図である。
この回路構成では、上記第1実施形態の構成に加え、抵抗40と抵抗41の直列回路が定電流源34とGND間に接続される。他の構成は上記第1実施形態と同様である。コンパレータ39は、抵抗40と抵抗41の接続点の電圧を入力する。STOAR素子33の電圧Vstoarは、抵抗40と抵抗41により分圧される。抵抗40と抵抗41の値は、STOAR素子33を流れる電流Ibiasにできるだけ影響しないよう、大きな値が適用される。本実施形態は、STOAR素子33に発生する電圧Vstoarが、コンパレータ39の適切な入力範囲を超える場合に有効となる構成である。
抵抗40、41で分圧された電圧V1は、電圧STOAR素子33に発生している電圧をVstoar、抵抗40、41の抵抗値をR40、R41とすると、次式で示される。
V1=Vstoar*R41/(R40+R41)
コンパレータ39は、この電圧V1と所定電圧Vth2と比較し、STOAR素子33の発振の有無を示す信号Faultを出力する。
コンパレータ39は、この電圧V1と所定電圧Vth2と比較し、STOAR素子33の発振の有無を示す信号Faultを出力する。
以上説明したように本実施形態によれば、STOAR素子33に発生する電圧Vstoarが、コンパレータ39の入力範囲を超える場合でも、STOAR素子の発振の有無が判別できるとともに、STOAR素子の発振が停止した場合でも、コントローラ18の制御の下に発振を再開できる。
次に本発明によるSTOAR素子発振確認回路の第3実施形態を説明する。
図7は第3実施形態の回路構成を示す図である。
この回路構成では、上記第1実施形態の構成に加え、電源電圧VccとSTOAR素子33の間に、第2定電流源32、スイッチ43の直列回路が設けられている。STOAR素子33の発振が停止あるいは弱まると、HレベルFault信号が前述のようにコントローラ18に伝送される。コントローラ18はこのFault信号に応じて、ブーストスイッチ43をオンにする。この結果、第2定電流源の定電流がSTOAR素子33を流れる電流に加算される。従って、STOAR素子33は再び発振を開始する。
このように本実施形態によれば、STOAR素子の発振の有無が判別できるとともに、STOAR素子の発振が停止した場合でも、コントローラ18の制御の下に発振を再開できる。
この第3実施例の変形例として、コンパレータ39の出力を点線で示すように、ブーストスイッチ43の制御入力としても良い。この場合、STOAR素子33の発振が停止あるいは弱まると、コンパレータから例えばHレベルFault信号が出力され、ブーストスイッチ43がオンする。この結果、STOAR素子33に流れる電流が増加され、発振が再開される。
この変形例によれば、STOAR素子の発振の有無が判別できるとともに、STOAR素子の発振が停止した場合でも、STOARドライバ24自体で、発振を再開することができる。
次に本発明によるSTOAR素子発振確認回路の第4実施形態を説明する。
図8は第4実施形態の回路構成を示す図である。
この回路構成では、上記第1実施形態の構成に加え、STOAR素子33とコンパレータ39の間にバンドパスフィルタ(BPF)44及びピークホールド回路45の直列回路が設けられる。STOAR素子33からBPF44までの経路の伝達効率が良いと、STOAR素子33の発振信号はBPF44まで到達する。BPF44はSTOAR素子33の発振帯域信号を抽出及び増幅する。
ピークホールド回路45はBPF44の出力信号のピーク値を所定時間ホールドし、ピークホールドされた信号Vpを出力する。STOAR素子33が発振していれば、信号Vpの振幅は所定閾値Th3より高く、発振停止していれば、信号Vpの振幅は所定閾値Th3より低い。コンパレータ39は、この信号Vpと所定閾値Th3と比較し、比較結果を信号Faultとして出力する。
この信号Faultに基づいてコントローラ18は、前述したようにIbiasDACの設定を変更し、STOAR素子33の発振を再開させる。
本実施形態によれば、STOAR素子の発振の有無が判別できるとともに、STOAR素子の発振が停止した場合でも、コントローラ18の制御の下に発振を再開できる。
次に本発明によるSTOAR素子発振確認回路の第5実施形態を説明する。
図9は第5実施形態の回路構成を示す図である。
この回路構成は、上記第3実施形態と第4実施例を組み合わせたものである。従って動作は上記第3及び第4実施形態で説明したものと同様である。この実施形態の場合も、STOAR素子の発振の有無が判別できるとともに、STOAR素子の発振が停止した場合でも、STOARドライバ24自体で発振を再開できる。
以上説明したように本発明の実施形態によれば、STOAR素子の発振が減少あるいは停止したことを検知し、定電流の設定を変更することによりマイクロ波の継続的発振あるいはマイクロ波が停止した場合の再開を自動で行うことが可能となる。
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。例えば、本発明の変形例として、STOAR素子の電圧だけでなく電流も取得することで、除算器で抵抗値に変換することで直接抵抗値の変動を見る方式に変更できる。
11…ディスク、12…スピンドルモータ、13…ヘッド、15…ディスクコントローラ、33…STOAR素子、35、40、41…抵抗器、37、39…コンパレータ。
Claims (5)
- マイクロ波アシスト素子を備えるヘッドと、
前記マイクロ波アシスト素子に電流を供給する電流源と、
前記マイクロ波アシスト素子に前記電流を供給することで発生するマイクロ波アシスト素子電圧と、所定電圧とを比較し、前記マイクロ波アシスト素子電圧が前記所定電圧より低い場合、前記マイクロ波アシスト素子が発振していないことを検知する検知部と、
を具備する磁気ディスク装置。 - 前記検知部が前記マイクロ波アシスト素子が発振していないことを検知した場合、前記電流源の出力電流を増加するコントローラを具備する請求項1記載の磁気ディスク装置。
- 前記マイクロ波アシスト素子と並列接続され、互いに直列接続された第1及び2抵抗素子を更に具備し、前記検知部は前記第1及び2抵抗素子の接続部の電圧と所定電圧を比較する請求項1又は2記載の磁気ディスク装置。
- 第2電流源と、該第2電流源と前記マイクロ波アシスト素子との間に接続されたスイッチを更に具備し、前記検知部は前記マイクロ波アシスト素子電圧が所定電圧より低い場合、該スイッチをオン状態に設定する請求項1又は3記載の磁気ディスク装置。
- 前記マイクロ波アシスト素子電圧を濾波するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力電圧のピーク値をホールドするピークホールド回路を更に具備し、前記検知部は前記ピークホールド回路の出力信号と所定電圧とを比較する請求項1〜4のうち1項記載の磁気ディスク装置。
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