KR0167809B1 - 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 바이어스 전류 제어방법 및 자기 디스크 데이타 저장 장치 - Google Patents

자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 바이어스 전류 제어방법 및 자기 디스크 데이타 저장 장치 Download PDF

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에이. 커닝햄 어얼
존 커윈 그레고리
마틴 포스 조
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윌리암 티. 엘리스
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Abstract

본 발명은 자기 디스크 드라이브내의 자기저항(MR) 판독 헤드에 인가된 바이어스 전류를 적응하게 제어하여 각각의 헤드/디스크/채널 구성요소 조합에 대해 최적의 바이어스 전류를 제공하는 방법 및 장치를 제공한다. 제조할 때, 각각의 헤드에 대한 최적의 바이어스 전류는 확인되고 디스크 표면상에 저장된다. 각각의 파워업 동작중에 바이어스 전류값들은 랜덤 액세스 메모리로 전송되고, 각각의 헤드 스위치 명령의 실행 동안에 액세스되는 랜덤 액세스 메모리는 최적값에 따라서 바이어스 전류를 활성 자기저항(MR) 판독 헤드에 인가한다. 저장된 최적의 바이어스 전류값을 주기적으로 다시 최적화하고 갱신하는 것은 범용 오차 측정회오에 의해 실행되는데, 이러한 범용 오차 측정 회로는 장치 제어 시스템의 부분을 형성하고 최종 재최적화 절차에 이어서 파워온 동작의 사전결정된 기간과 같은 이벤트가 발생될 때 최적화가 다시 수행되도록 호출된다.

Description

자기저항 트랜스듀서 판독헤드의 바이어스전류제어방법 및 자기디스크데이터 저장 창치
제1도는 전형적인 경질의 디스크 데이터 저장 장치의 주요 기계 부품의 개략적인 부분 측단면도.
제2도는 디스크 드라이브 장치의 다중 자기저항 헤드의 개별적인 바이어스전류 제어를 도시한 회로도.
제3도는 본 발명의 구현을 위해 사용되는 제어 구조의 개략적인 블록도.
제4도는 본 발명의 구현을 위해 사용되는 범용 오차 측정 회로를 도시한 블록도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
5 : 스핀들 조립체 6 : 액츄에이터 조립체
7 : 프레임 10a∼10d : 자기저항 트랜스듀서 헤드
17 : 전치 증폭기 19 : 피드백 제어회로
20 : 스핀들 21 : 디스크
24 : 암 23 : 서스펜션
26 : 보이스코일 모터 30 : 마이크로프로세서
31 : 헤드/디스크 조립체 제어기 33 : 범용 오차 측정 회로
41 : 제곱기 43 : 비교기
44 : 승산기 45 : 인버터
46 : 선택기 49 : 게이트
51 : 누산기
본 발명은 자기저항 트랜스듀서 헤드의 소자[magenetoresistive(MR) transducer head elements]를 사용하는 자기 저장 장치(magnetic storage devices)에 관한 것으로 특히 이러한 트랜스듀서 소자의 성능을 향상시키기 위한 바이어스 전류(bias current)의 제어에 관한 것이다.
자기저항(MR) 헤드의 크기는 점점 소형화되고 있지만, 공차(tolerences)는 헤드의 소형화만큼 신속히 감소되고 있지 않다. 전형적인 최근의 자기 저장 장치의 설계에 있어서, MR 스트립(stripe)의 높이에 대한 공차는 +/-33% 변화를 가지며, 최대 높이 대 최저 높이에 대해서는 2:1 의 비를 갖는다. 또한, MR 스트립의폭(전류 흐름 방향의 길이)의 공차는 +/-20%이다. MR 스트립의 두께의 공차는 +/-10%이다. 이들의 공차가 독립적인 변화로서 고려되는 경우, 그의 소자의 저항에 있어서 총 변동은 약 +/-40%이거나, 또는 고저항 대 저저항의 비는 2.33:1이다.
가변성의 폭이 클 경우에 야기되는 문제점은, 통상적인 바이어스 방법을 이용할 경우, 자기 저장 장치내의 상이한 헤드에 대해 전력 소비(power dissipation)가 매우 상이하게 발생된다는 것이다. 또한, 전류에 대한 단면적(스트립 높이 X 두께)이 상당량으로 변할 때 전류 밀도도 상당히 변한다. 기본적인 고장 메카니즘은 전자이동(electromigration)일 것으로 생각된다. 제품의 수명은 전류 밀도의 3제곱과 역으로 관련되고, 또한 온도(고온은 나쁨)와 지수적으로 관련된다. 통상적인 바이어스 방법은 모든 헤드에 대해 일정한 DC 전류를 사용하고 있기 때문에, 스트립의 높이가 낮고 층의 두께가 얇으면 저항이 높아지고 전류 밀도도 높아진다. 이와 같은 결과의 전력 소비는 높고 두꺼운 스트립과 관련된 온도 상승보다 상당히 높은 온도 상승을 발생시킨다. 따라서, 온도와 전류 밀도는 복합되어, 스트립의 높이가 낮고 얇은 MR 소자가 높고 두꺼운 MR 소자보다 그 수명이 훨씬 짧아지는 원인이 되게 한다.
다른 고려사항은 저항을 높게 하는 모든인자들(factors)이 또한 신호 레벨을 높게 한다는 것이다. 따라서, 가장 양호한 신호 대 잡음비는 헤드의 저항이 가장 높을 때 발생된다. 따라서, 스트립의 높이가 낮고 스트립 충의 두께가 얇고 스트립의 폭이 넓어지면 양호한 신호 대 잡음비가 생성되지만, 스트립의 높이가 높고 스트립 충의 두께가 두껍고 스트립의폭이 좁으면 불량한 신호 대 잡음비가 생성된다. 그에 따라, 일정의 바이어스 전류는 양호한 신호와 짧은 수명간에 절출이 이루어져야 한다.
또다른 문제점은 양호한 전자 신호 대 잡음비가 전치증폭기(preamplifier)의 설계에 의존한다는 점이다. 전치증폭기의 설계는 이용가능한 전압의 감소 추세 및 그에 따른 전력 목표치의 감소 추세로 인하여 상당한 제약을 받는다. 현재의 설계는 전형적으로 단일의 +5V 전원(+/-5%)을 갖는다. 헤드의 저항의 변동은 헤드 및 도선(leads) 양단의 전압 강하로 인해 이용될 수 있는 바이어스 전류의 양에 관해 제한을 가한다. 이것은 이용가능한 전압을 증폭기에 분배해야 하는 다수의 저항 및 능동 소자(active elements)에 의해 제한된다. 과전류가 고저항의 헤드를 통해 흐르게 되는 경우, 전치증폭기의 스테이지(stage)는 신호를 포화시키고 왜곡시키므로, 성능의 저하를 초래할 것이다.
또다른 문제점은 MR 헤드내의 도선과 관련된 점진적인 저항 증가 현상(gradual resistance increase phenomenon: GRIP)이다. 최근의 데이터에 의하면, 장치의 유효 수명 기간 동안에 그의 저항에 수 옴(ohms)이 부가된 경우 점진적인 저항 증가 현상이 이전에 예견했던 것보다 크게 나타난다. 따라서, 제조시 제한에 너무 근접한 설계는 그후 제품의 수명에 있어서 저항이 증가하는 때 증폭기의 포화를 유발하여 상당한 성능 손실을 발생시킬 수도 있다.
구성요소의 가변성, 증폭기 회로의 가변성, 및 장치의 유효 수명 동안에 발생되는 저항 증가 현상이 나타나는 자기저항 트랜스듀서 헤드를 구비한 데이터 저장 장치의 전류 바이어스 문제는 각각의 헤드/디스크/증폭기 구성요소 세트에 대한 바이어스전류를 최적화하는 시스템에 의하여 처리된다. 더욱이, 장치의 동작 유효 수명 동안 바이어스 전류값이 주기적으로 재설정(reset) 되기 때문에, 제조시 장치의 전체 성능을 절충할 필요는 없다.
전류 바이어스 값이 결정되고, 또한 다른 제어 정보와 함께 디스크 표면상에 저장된다. 드라이브에 전력이 공급되면, 바이어스 값은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory : RAM)로 전송되어, 상이한 트랜스듀서 헤드가 매체로부터 데이터를 판독하는데 사용될 때마다 즉시 액세스를 가능하게 한다. 주기적으로, 헤드/디스크/증푹기 구성요소의 조합은 기판상의 오차 측정 회로에 의하여 파워 온동작(power on operation)의 사전결정된 기간의 함수로서 다시 테스트되어, 각각의 구성요소 조합에 대한 최적의 바이어스 전류값을 재조정하고 저장된 전류 바이어스 값을 갱신한다. 따라서, 장치는 제품의 수명 동안 자체적으로 안정화되며, 그에 따라 돌발적인 고장이 크게 감소된다.
제1도는 경질의 자기 디스크 데이터 저장 장치를 데이터 저장 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 스핀들 조립체(spindle assembly)(5)와 액츄에이터 조립체(actuator assembly)(6)는 프레임(frame)(7)상에 장착된다. 스핀들 조립체(5)는 디스크(21)가 단일체로 회전하도록 체결된 스핀들(20)을 포함한다. 회전가능한 스핀들 조립체(5)는 무브러시형 DC 스핀들 모터의 회전자(rotor of a brushless DC spindle motor)를 형성하며, 이 DC 스핀들 모터는 통상 스핀들 회전자(spindle rotor)내에 동심적으로 프레임(7)상에 지지된 고정자 부분(stator portion)을 갖는다. 액츄에이터 조립체(6)는 탄성적 가요성의 서스펜션(suspensions)(23) 및 암(arms)(24)에 각각 달려 있는 자기저항 트랜스듀서 헤드(10a∼10d)를 포함한다. 암(24)은 축(A)을 중심으로 단일체로 회전하기 위한 조립체로서 고정되어, 트랜스듀서 헤드가 한 트래 위치로부터 다른트랙 위치로 이동될 수 있도록 한다. 헤드/서스펜션 조립체(head/suspension assembly)의 피봇 운동은 보이스 코일 모터(voice coil motor: VCM)(26)에 의해 실행되며, 보이스 코일(28)은 상부의 암(24)의 연장부(extension)(27)에 의해 지지되고 그리고 자계(magnetic field)가 통과하는 작용갭(working gap)내로 연장된다. 따라서, 보이스 코일의 DC 전류는 헤드/암 조립체를 한쪽 방향으로 선회시키고, 역방향의 DC 전류는 헤드/암 조립체를 반대방향으로 구동시킨다.
바이어스 전류의 문제는 저장 장치의 구성요소의 각 세트에 대해 헤드/디스크/증폭기상의 바이어스 전류를 최적화하고, 성능 저하를 야기시킬 수 있는 수명의 변화에 관해 다시 최적화하는 시스템에 의해 해결될 수 있다. 이러한 해결책은 기존에 사용되지 않은 동작에 관한 몇가지 개선점을 제공한다. 따라서, 바이어스를 설정하는 방법을 결정하기 위한 방안이 필요하다. 또한, 각각의 헤드에 대한 바이어스 값을 디스크상에 저장하는 것이 필요하다. 장치의 트랜스듀서 헤드는 전치증폭기에 의해 전류를 통과시킨다. 또한, 개방 회로 또는 단락 회로와 같은 문제를 체크하도록 헤드 회로를 조사하기 위한 수단이 제공된다. 전압 판독값은 데이터베이스내에 저장되고, 프로그램은 전류의 증가 또는 감소가 필요하는 지를 결정한다.
제2도는 일련의 트랜스듀서 헤드(10a∼10d)를 도시한 것으로, 이 트랜스듀서 헤드는 각기 트랜지스터(12a∼12d)를 통해 전치증폭기 회로(preamp circuit)(17)로 통하는 라인(16)에 접속된다. 전치증폭기의 출력은 장치 데이터 채널(device data channel)에 접속된다. 지정된 헤드는 각각의 스위치(15a∼15d)를 통해 라인(16)에 접속되고, 또한 각각의 스위치(14a 내지 14d)를 통해 라인(18)상의 바이어스 전원에 접속된다. 스위치(14a∼14d 및 15a∼15d)는 개략적으로 도시되어 있지만, 이들의 기능은 반도체 장치를 사용하는 스위치 회로에 의해 수행됨을 이해하여야 한다. 피드백 제어 회로(feedback control circuit)(19)는 바이어스 전류를 공급하는데 사용되고, 커패시터(22) 및 커패시터 양단의 전압(VCAP) 을측정하기 위해 이 커패시터와 병렬인 터미널(terminals)은 NR 헤드 저항의 결정을 가능하게 한다. 즉,
VCAP= Ib X Rmr + Vbe
Rmr = (VCAP- Vbe)/Ib
MR 헤드 바이어스 전류는 MR 헤드 저항의 함수로서 설정된다.
하지만, 전치증폭기 모듈들간의 공차의 차이는 고려되지 않으므로, 최대 전류는 공차의 전체 범위에 걸쳐서 모든 전치증폭기 모듈과 함께 동작하도록 제한되어야 한다. 또한, 전치증폭기 회오에 대한 보상이 행하여 진 경우, 보다 양호한 최적화를 달성할 수 있다.
정상의 동작시 시스템의 등가 신호 대 잡음비를 측정하기 위해, Error Measurement Circuit란 명칭으로 1992년 7월 30일 출원되고 본 출원인에게 양도된 미구 특허출원 제 922,591 호에 개시된 바와 같은 범용 요차 측정(generalized error measurement: GEM)시스템을 사용할 수도 있다. 이러한 GEM 시스템은 과거에 데이터 저장 및 복구 시스템을 디지털 오실로스코프(digital oscilloscopes) 및 로직 분석기(logic analyzers)와 같은 테스트 장치(test equipment)에 접속하는 것에 의하여 수행된 다양한 테스트를 행하기 위해 온보드 기능(on board capability)을 갖는 디스크 드라이브를 제공하도록 설계되어 있다. GEM 회로의 표준 기능중 하나는 샘풀의 최적값 주변의 샘풀 편차의 평균 제곱 오차(mean squared error of the deviation of samples)를 결정하는 것이다. 이것은 본질적으로 신호 대 잡음비의 측정을 제공하는데, 그 이유는 데이터 진폭이 그의 시점에서 소정의 기준 레벨로 정규화되어 있기 때문이다. 이러한 GEM 회로는 현재 각각의 헤드/디스크 조합에 대해 가장 적합한 등화기(equalizer)를 결정하는데 이용되고 있다. 동일한 방법으로 GEM 회로는 최적의 바이어스 전류를 검출하는데 사용 될 수 있다.
제3도는 GEM 회로(33)를 이용하여 본 발명을 구현하는 디스크 드라이브의 부분 블록도이고, 제4도는 GEM 회로(33)의 블록도이다. 제어는 디스크 드라이브 장치의 마이크로프로세서(30) 및 헤드/디스크 조립체 제어기(31)에 의해 행하여지며, 이 헤드/디스크 조립체 제어기(31)는 GEM 회로(33)의 오차 측정 회로로부터 입력을 수신한다. GEM 회로(33)에 의해 처리된 오차값에 응답하여, 바이어스 전류는 3비트 신호로 설정되어 암 전자장치(arm electronics)의 전치증폭기 회로(17)로 전달된다.
MR 헤드의 저항값에 응답하는 전형적인 전류값(Ib)은 다음과 같다.
바이어스 전류(Ib)의 가장 큰 3개의 값은 순간 고전류 레벨(momentary highcurrent levels)이 MR의 수명을 저하시키지 않는데이타 복구 절차(data recovery procedures : DRP)동안에만 사용된다. 데이타를 복구하기 위해 높은 전류값 또는 낮은 전류값이 사용될 수도 있다. 전형적으로, 최적값의 사전결정된 백분율 증가를 초과하지 않는 높은 전류값이 사용된다. 표에 DRP로 표시된 3개의 높은 전류값은 데이터 복구 절차에 대해서만 사용되지만, 낮은 최적의 바이어스 전류값을 갖는 헤드의 경우, DRP는 이러한 최적의 바이어스 전류 레벨 이상 또는 이하에서 약간의 증분값으로 제한될 수도 있다.
제4도는 오차 측정을 실행하기 위한 GEM 회로(33)를 도시한 블록도이다. 블록(40)은 데이터 샘플로부터의 오차값 샘플의 발생을 나타낸다. 오차값 샘플은 데이터 샘플의 기대값과 수신된 데이터 샘플값 간의 차를 계산하는 것에 의해 발생 된다.
오차값 샘플은 제 1 처리 경로, 제 2 처리 경로 및 제 3 처리 경로에 입력된다. 제 1 처리 경로로 입력된 오차값 샘플은 제곱기(squarer)(41)에 의해 제곱된다. 제곱기(41)는 각각의 오차값 샘플의 제곱을 포함하는 신호를 출력한다. 제 2 처리 경로에 있어서, 오차값 샘플은 비교기(43)에 의해 비교 레벨(compare level)(42)과 비교된다. 비교기(43)는 입력된 오차값 샘플이 비교 레벨(42)보다 크거나 혹은 동일할 때 논리 1 신호를 출력하고, 입력된 오차값 샘플이 비교 레벨(42)보다 작을 때 논리 0신호를 출력한다.
제 3 처리 경로는 승산기(multiplier)(44) 및 인버터(inverter)(45)를 포함한다. 제 3 처리 경로에 입력된 오차값 샘플은 양 승산기 (44) 및 인버터(45)에 의해 처리되거나 혹은 승산기(44) 및 인버터(45)의 어느 것에 의해서도 처리되지 않을 수도 있다. 또한, 제 3 처리 경로에 입력된 오차값 샘플은 승산기(44) 또는 인버터(45)중 어느 하나에 의해 처리되지 않을 수도 있다. 이러한 선택은 수행될 테스트에 의존하여 마이크로프로세서(30)에 의해 행해진다.
승산기(44)는 각각의 오차값 샘플을 데이터 저장 및 복구 시스템내에 저장된 신호의 기울기(slope of the signal)와 승산한다. 데이터 샘플과 관련된 저장 신호의 기울기는 그 데이타 샘플로부터 발생된 오차값 샘플과 승산된다. 그후, 인버터(45)가 이 프로세스의 한 부분인 경우, 이러한 승산의 결과는 인버터(45)로 입력된다.
인버터(45)는 승산기(44)가 이 프로세스에 포함되는 경우에는 승산된 오차값 샘플을 입력으로서 수신하고, 승산기(44)가 이 프로세스에 포함되지 않는 경우에는 오차값 샘플을 입력으로서 수신한다. 영의 데이터 유형(data type of zero)과 관련된 연속 번호의 최종 오차값 샘플 또는 승산된 오차값 샘플의 입력에 응답하여, 인버터(45)는 연속 번호의 최종 오차값 샘플의 부호 또는 최종 승산된 오차값 샘플의 부호를 반전하는 것에 의하여 그 입력을 반전시킨다.
선택기(selector)(46)는 제 1 처리 경로, 제 2 처리 경로, 제 3 처리 경로 또는 논리 데이터 레벨의 레벨 샘플(47)의 소스로부터 신호를 입력으로서 수신한다. 바람직한 실시예에 있어서, 레벨 샘플(47)의 소스는 논리 1을 선택기(46)에 입력으로서 제공한다. 마이크로프로세서(30)는 선택기(46)를 사용하여 이들 처리 경로중 한 경로의 출려 신호 또는 레벨 샘플(47)의 소스의 출력 신호를 게이트(49)로 통과시킨다.
일단 선택기(46)가 처리 경로중 한 경로 또는 샘플 소스(47)에 의해 발생된 신호를 입력으로서 선택하였다면, 선택기(46)는 그 선택된 신호를 게이트(49)로 출력한다. 게이트(49)는 신호와 관련된 데이터 유형이 소스(50)에 의해 공급된 바람직한 데이터 유형과 일치한 것에 응답하여 그 선택된 신호를 통과시킨다.
그후, 게이트(49)의 출력은 누산기(accumulator)(51)에서 누산된다. 누산기(51)의 결과는 데이터 저장 및 복구 시스템내의 마이크로프로세서(30)에 의해 액세스될 수 있다. 이러한 결과는 데이터 저장 및 복구 시스템내의 문제를 식별하는데 이용될 수 있다.
가장 단순한 경우에 있어서, MR 헤드는 수차(aberrations) 또는 왜곡(distortions), 비대칭성 또는 불안정성이 없는 정확한 선형 출력 신호를 갖는 것으로 가정할 수 있다. 이러한 가정이 모든 바이어스 전류에 대해 충족되면, 신호 대 잡음(S/N)비는 바이어스 전류의 증가에 따라 지속적으로 증가하기 때문에, 매우 높은 전류를 갖는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 전치증폭기를 고려하는 것이 필요하다. 전치증폭기는 제 1 스테이지에서 포화될 수 있는 두가지 주요한 부분을 가지며, 이것은 이용가능한 공급전압의 함수이다. 특정한 공차의 약간의 내부 부품은 체인상의 저항(resistors)이며, 이들 공차는 또한 온도에 의존한다. 모듈내의 저항들은 포지티브 온도계수(positive temperature coefficient)를 가지며 온도와 더불어 증가한다. 트랜지스터의 접합 전압(junction voltage)도 또한 온도와 더불어 변화한다. 이러한 변화로 인해, 전치증폭기의 포화(saturation)는 상이한 온도 및 상이한 공급 전압에서 발생된다. 일반적으로, 최저 공급 전압 및 최고 온도는 가장 나쁜 경우이며, 신호의 진폭이 낮을 때 포화가발생된다.
포화가 일어나기 쉬운 가장 민감한 두 지점은 MR 헤드를 포함하는 부분이거나 또는 부화 저항(LOAD RESISTOR)을 포함하는 제 1 스테이지의 출력 부분이다. 따라서, 헤드가 매우 낮은 저항을 갖더라도, 증폭기는 제 1 스테이지상의 출력 트랜지스터 및 부화 저항레서 약간의 바이어스 전류에 의해 포화될 것이다. 이것은 임의의 저항 헤드상에서 사용될 수 있는 최대 전류를 결정한다. 헤드가 임계값보다 높은 저항을 갖는 경우, 증폭기는 MR 헤드 양단의 전압으로 인해 출력 스테이지를 포화시키는 양 보다 걱은 전류에서 포화 될 것이다. 따라서,예를 들어 헤드 저항이 임계 저항의 1.5배이면, 최대 전류는 제 1 스테이지의 부화 저항 및 트랜지스터에 의해 결정된 최대 전류의 2/3가 될 것이다.
낮은 공급 전압을 사용하고 소망의 특성을 유지하기 위해, 증폭기의 트랜지스터는 양호한 동작의 한계에 매우 근접하여 바이어스된다. 포화를 고려함에 따라, 시스템은 초기에 포화와 매우 근접한 전압에서 동작한다. 따라서, 고려된 변화는 비교적 적으며, 대부분의 경우 단지 10분의 수 볼트 정도이다. 그결과, 포화 특성이 비교적 완만하게 된다. 이것은 신호 진폭의 증가에 따라 증폭기의 왜곡이 완만하게 상승한다는 것을 의미한다.
단순한 경우에 있어서, 최적의 전류는 최저긔 상태를 제공하기 위해 두가지 효과 즉, 바이어스 증가에 따른 신호 대 잡음(S/N)비의 증가 및 바이어스에 의한 왜곡의 증가를 분석함으로써 검출된다. 신호 대 잡음(S/N)비는 비교적 선형적으로 증가된다. 왜곡은 2차 함수 형태로 증가되는 경향이 있으며, 이것은 최종적으로 S/N 비의 선형적인 증가보다 빠르게 저하를 발생시킨다. 왜곡의 양은 MR 헤드에 진압되는 자속(magnetic flux)의 진폭에 관련된다. 따라서, 바이어스 전류의 오차율(error rate)의 곡선은 만곡형으로 되고, 최적의 오차율은 절충 전류(compromise current)에서 얻어진다.
공급 전압이 변활 수 있고 또한 온도가 변할 수 있기 때문에, 최적의 바이어스 전류는 일정한 값을 갖지 않는다. 온도 및 공급 전압의 범위에 걸쳐서, 전체오차율을 최적으로 유지하는 것이 요망된다. 최선의 지점은 최저 공급 전압과 최고 온도가 오차율을 최적의 것보다 약간 떨어지게 하는 지점이 되는데, 그 이유는 그러한 동작 지점이 거의 발생되지 않기 때문이다. 테스트에 있어서, 온도가 최고의 가능한 온도까지 제어될 가능성은 거의 없다. 따라서, 테스트가 최고 온도에서 실행되지 않는 것을 보상하기 위해 약간의 추가적인 응력을 제공하는 것이 필요하다. 최적의 지점을 결정하기 위해, 출력 트랜지스터가 바이어스 전류를 제한하는 경우와 MR 헤드 저항이 바이어스 전류를 제한하는 경우의 모두에 대해, 전압과 온도 및 전루에 의해 성능이 얼마나 빨리 저하되는지에 관한 측정값을 얻는 것이 필요하다.
실제에 맞게 조절하는 데 필요한 첫 번째요소는 MR 헤드의 비선형 효과를 추가하는 것이다. 신호 피크(signal peaks)의 약간의 포화는 종형 저항(shaped resistancd) 대 입력 자속의 S자형 측면상에 바이어스되는 것에 기인하여 생성된다. 통산적으로, 입력 자속은 바이어스가 최적으로 중앙에 집중되는 경우에 곡선이 매우 선형적인 형태가 되도록 충분히 낮다. 바이어스가 오프셋(offset)되는 경우, 포지티브 피크 또는 네거티브 피크의 진폭이 감소될 수 있다. 그 결과, 진폭은 비대칭적으로 나타난다. 이러한 비대칭은 성능을 저하시키므로, 비대칭이 클수록 성능은 나빠진다.
헤드의 바이어스는 먼저 스트립의 각각의 단부에서 스트립을 통해 자계(nagnetic filed)를 전류의 흐름 방향으로 제공하는 하드 바이어스(hard bias)(영구자석)에 의해 얻어진다. MR 섹션 자체의 인접한 연질층은 자기 바이어스(magnetic bias)를 그 인접한 연질층을 통해 상방으로 그리고 MR 스트립을 통해 하방으로 순환적으로 제공한다. MR의 이러한 자계는 매체 표면쪽으로 하방으로 향한다. 이들 2개의 효과 및 다른 약산의 효과의 조합은 2개의 바이어스 자계 사이의 대략 중간의 영역(domain)에 바이어스 각(bias angle)을 제공한다. 비록 인접한 연질층이 포화되는 것으로 추정되지만, 여전히 바이어스 전류에 의한 바이어스 자계의 약간의 변동이 존재한다. 따라서, 바이어스 전류는 바이어스 각에 약간의 영향을 미치며, 그에 따라 비대칭성에 약간의 영향을 미친다.
상이한 스트립에 대해 바이어스 전류가 변화하는 경우, 비대칭성은 악화되는 것으로 생각할 수도 있다. 이것은 맞지 않으며, 실제로 비대칭은 개선될 것이다. 하나의 스트립의 높이가 다른 스트립의 높이보다 두배인 예에 있어서, 그 결과는 동등할 수 있다. 각각의 경우에 있어서, 하드 바이어스 자석(hard bias magnets)으로부터의 바이어스는 동일하다. 그러나, 낮은 스트립과 마찬가지로 높은 스트립에서도 동일한 전류가 사용되는 경우, 기자력의 동일한 수의 암페어 권선(same number of amp-turns of magneto-motive force)이 연질 인접층 및 MR 층의 루프(loop) 주위에 자속을 발생시킬 것이다. 그러나, 낮은 스트립의 경우와 마찬가지로 높은 스트립에서도 동일한 바이어스 자계가 필요로 하면, 두배의 암페어 권선이 필요한데, 그 이유는 류프의 각각의 부분이 층가늬 거리의 2배이기 때문이다. 층간의 거리는 스트립 높이에 비해 매우 작다. 따라서, 동일한 바이어스 각을 유지하기 위해 높은 스트립에는 낮은 스트립에 비해 약 두배의 전류가 존재한다. 이러한 방법으로, 상이한 스트립 높이에서 사용되는 일정한 전류는 비대칭을 최적값으로 만드는 역할을 수행함을 알 수 있을 것이다. 전류값을 동일한 암페어 권선을 제공하는 값에 근접하게 설정하면, 비대칭적인 변화가 적게 유발되고 이에 따라 성능의 손실이 줄어든다.
비록 바이어스 전류를 조절할 수 있는 기능이 제공되더라도, 여전히 상아힌 헤드에 대해 비대칭적인 변동이 존재할 것이다. 이 경우, 비대칭으로부터의 파형의 왜곡 및 증폭기의 포화로부터의 파형의 왜곡이 추가될 것이다. 일반적으로, 이들의 왜곡은 비상관적인 것이 아니다. 비대칭은 기본적으로 피크의 한 극성을 왜곡시킨다. 또한, 증폭기에서 피크의 한 극성만이 왜곡되는 거시 통상적인데, 그 이유는 도 극성이 모두 통상적으로 회로에서 동일한 응력을 갖지 않기 때문이다. 회 및 배대칭 모두가 동일한 극성의 피크를 유발하면, 성능이 더욱 급속하게 저하될 것이다. 이들이 반대 극성의 피크를 유발하는 경우, 실제로 성능 저하의 전에 약간의 개선이 가능하다. 이들 피크 모두가 동등한 양만큼 감소되면, 이것은 여전히 어느 정도의 성능 저하를 발생시키지만, 높은 차수의 왜곡(higher order distortion)보다 심각하게 될 수 있는 오프셋을 발생시키지 않는다.
GEM 회로가 신호의 효과적인S/N 비 측정을 행할 때 GEM 회로는 신호의 전체 왜곡을 자동적으로 비교하고, 또한 이들 조건에 대한 최적의 전류의 선택을 나타낼 것이다.
디스크로부터의 자속 출력량은 신호에 나타나는 비대칭의 양에 영향을 미치는데, 그 이유는 자속의 출력이 높을수록 헤드의 전송 기능에 있어서 더욱 비선형적으로 동작되기 때문이다. 바이어스 전류가 조절되면 비대칭의 범위가 감소되기 때문에, 디스크로부터의자속량이 증가될 수 있다. 이것은 비대칭을 보다 발생시키지 않고 모든 헤드에 대해 신호의 진폭을 현재 나타나는 것보다 크게 되도록 할 수 있다.
약간의 비대칭을 갖는 헤드에 관해, 낮은 출력 및 이에 따른 낮은 신호를 갖는 디스크는 높은 자속 출력을 갖는 디스크에 비해 출력 전압의 비대칭이 작을 것이다. 낮은 자속 출력을 갖는 디스크의 경우에 있어서, 최적의 바이어스 전류는 일반적으로 높은 출력을 갖는 디스크의 것보다. 높다. 이것은 시스템이 헤드 및 증폭기의 변동 이외에도 디스크의 변동을 포함하는 보다 양호한 신호 대 비대칭 트레이드 오프(signal versus asymmetry trade off)를 제공하는 것을 의미한다.
불변(stable)의 불안정성이 존재하는 경우, GEM 회로는 바이어스 전류에 대한 최적의 장소를 선택할 것이다. 신호 자속과 바이어스 자속이 조합되면 불안정성을 야기할 것이기 때문에, 약간의 경우에 있어서 이러한 불안정성은 파형의 연속적인 왜곡을 형성하고 성능을 심하게 저하시킬 것이다. 그러나, 바이어스 자계가 한쪽 방향 또는 다른쪽 방향으로 변하고, 그에 따라 자계의 세기가 고착 지점(sticking point)을 초과하여 불안정성을 순환시키기에 충분하지 않은 경우, 파형은 안정되고 성는은 양호해질 것이다. 이것은 데이터 복구 절차에 대해 바이어스 전류의 변화를 사용하도록 의도된 것이다. 그 결과, 효과적인S/N비의 GEM 측정에 의하여, 최적의 바이어스가 최상의 동작 조건에서 결정되며, 이러한 최적의 바이어스는 높은 비대칭성 또는 불안정성과 같은 문제로부터 자동적으로 피할 수 있을 것이다.
본 발명은 비대칭의 변동을 감소시키고, 그에 따라 표준적인 설계의 것에 비하여, 디스크로부터의 출력 자속을 보다 높게 하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 비대칭을 디스크 출력의 함수로서 자체적으로 보상하여, 모든 구성요소에 대해 최상의 신호 대 잡음비를 유지할 수 있다. 또한, 본 발명은 종합적인 최적화 시스템(total optimizing system)이기 때문에 다른 바이어스 체제에도 동작할 수 있다.
제조시에 선택된 바이어스 전류가 제품의 수명에 걸쳐서 사용되는 것으로 되어 있는 경우, 바이어스 전류는 헤드/디스크/채널 조합의 파라미터(parameters)에 있어서 장래의 변화를 수용하도록 계산된 절충값(compromise value)으로 설정되어야 한다. 이것은 MR 판독 트랜스듀서 시스템의 기존의 성능을 감소시키는 것에 의하여 본 발명의 장점을 감소시킬 수 있다. 최적의 성능은 다음과 같이 제품의 수명에 걸쳐서 유지될 수 있다. 다음의 예와 같이, 파워 온 동작시 마다(each hour of power on operation), 주기적으로, 구동 회로의 일부를 형성하는 오차 측정회로가 각각의 헤드/디스크/채널 구성요소의 조합에 대한 오차값을 측정하기 위해 테스트 시퀸스(test sequence)를 호출한다. 이러한 테스트 시퀸스는 바이어스 전류값을 다시 최적화하고, 현재의 바이어스 전류값을 요구되는 새로운 바이어스 전류값으로 교체한다. 전형적으로, 바이어스 전류값은 제3도의 설명과 관련하여 기술된 바와 같은 표(table)로부터 선택될 수 있다. 이러한 표는 임의의 수의 누진값(graduated values)을 포함할 수도 있다. 따라서, 바이러스 전류는 항상 현재의 조건하에서 성능을 최적화하도록 선택될 수 있다. 최적화 절차는 이론적으로 신호 대 잡음비에 있어서 대략 두가지 개선점의 인자를 제공할 수 있다. 신뢰성을 향상시키기 위해 몇가지의 장점이 교환(trade)될 수 있다.
적응성 MR 헤드 바이어스 전류 제어는, 제조시에 각각의 헤드를 액세스하고, 각각의 헤드/디스크/채널 구성요소의 조합에 대한 최적의 바이어스 전류를 결정하며, 이러한 바이어스 전류값들을 장치 제어 정보를 저장하기 위해 제공된 디스크 표면 부분상에 저장하는 것에 의하여 달성된다. 초기에, 낮은 바이어스 전류는 저장된 최적의 바이어스 전류값을 판독하는데 디스크 드라이브의 파워업 시퀸스(power up sequence)의 일부로서 사용된다. 필요에 따라, 초기값은 공칭값(nominal value)까지 증가되지만, 낮은 스트립 높이를 갖는 헤드를 손상시킬 정도로 높지 않다. 저장된 바이어스 전류값이 판독된 후에, 이들 바이어스 전류값은 드라이브내의 랜덤 액세스 메모리(random access meaory : RAM)로 전송된다. 동작동안에, 헤드 스위치 명령(head switch command)이 발생될 때마다, 바이어스 전류값이 액세스되고, 활성 상태의 헤드는 지시된 전류값으로 바이어스된다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않은 범위내에서 형태 및 세부 사항에 있어서 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (13)

  1. 매체 표면(midia surface)상의트랙(tracks)에 기록된 데이터를 구비하고 또한 적어도 하나의 자기저항(magnetoresistive : MR )트랜스듀서 판독 헤드를 포함하는 자기 데이터 저장 장치에서, 상기 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 바이어스 전류(bias current)를 적응하게 제어하는 방법에 있어서, 각각의 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 대해 최적의 바이어스 전류값을 결정하는 단계와, 상기 최적의 바이어스 전류값을 저장하는 단계와, 상기 저장된 바이어스 전류값에 따라 활성 자기저항 트랜스듀서 판독헤드에 바이어스 전류를 공급하는 단계와, 각각의 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 대해 상기 최적의 바이어스 전류값을 주기적으로 재결정하는 단계와, 상기 재결정된 최적의 바이어스 전류값에 대응하도록 상기 저장된 바이어스 전류값을 수정(revise)하는 단계를 포함하는 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 바이어스 전류 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 최적의 바이어스 전류값을 저장하는 단계는 상기 바이어스 전류값을 디스크 매체 표면상에 저장하는 단계를 포함하고, 상기 방법은 상기 자기 데이터 저장장치의 파워업 시퀸스(power up sequence)동안에 상기 바이어스 전류값을 디스크 저장 장치로부터 랜덤 액세스 메모리(RAM)로 전송하는 단계를 더 포함하는 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 바이어스 전류 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 활성 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 바이어스 전류를 공급하는 단게는 각 헤드의 스위치 명령(head switch command)의 발생시에 상기 랜덤 액세스 메모리내의 상기 바이어스 전류값을 액세스하는 단계와, 상기 저장된 전류값에 따라 바이어스 전류를 공급하는 단계를 포함하는 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 바이어스 전류 제어 방법.
  4. 매체 표면사의 트랙에 기록된 데이터를 구비하고 또한 적어도 하나의 자기저항 트랜스듀서 헤드를 포함하며, 최적의 바이어스 전류값이 각각의 자기저항 트랜스듀서 헤더/디스크 구성요소의 조합(MR head/disk component combination)에 대해 저장되는 자기 데이터 저장 장치에서, 상기 자기저항 트랜스듀서 헤드의 바이어스 전류를 적응하게 제어하는 방법에 있어서, 상기 각각의 저장된 바이어스 전류값에 따라 활성 자기저항 트랜스듀서 헤드에 바이어스 전류를 공급하는 단계와, 다수의 자기저항 트랜스듀서 헤드의 각각에 대해 상기 최적의 바이어스 전류값을 주기적으로 재결정하는 단계와, 상기 재결정된 최적의 바이어스 전류값에 대응하도록 상기 저장된 바이스 전류값을 수정하는 단계를 포함하는 자기저항 트랜스듀서 헤드의 바이어스 전류 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 자기 데이터 저장 장치는 디스크 매체 표면상에 저장된 상기 최적의 바이어스 전류값을 포함하며, 상기 방법은 파워업 동작 동안에 상기 최적의 바이어스 전류값을 상기 디스크 표면으로부터 상기 자기 데이터 저장 장치내의 활성 저장 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 자기저항 트랜스듀서 헤드의 바이어스 전류 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 최적의 바이어스 전류값을 재결정하는 단계는, 직전의 재결정하는 단계가 이루어진 이후에 상기 자기 체이타 저장장치의 파워온 동작의 사전결정된 주기가 경과되었음을 확인한 후에 호출되는 자기저항 트랜스듀서 헤드의 바이어스 전류 제어 방법.
  7. 자기 디스크 데이터 저장 장치에 있어서, 적어도 하나의 자기 디스크 저장 매체와, 상기 적어도 하나의 자기 디스크 저장 매체의 표면상의 트랙에 저장된 데이터를 판독하는 적어도 하나의 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드와, 상기 적어도 하나의 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 각각에 대해 바이어스 전류의 최적값을 결정하는 수단과, 상기 바이어스 전류의 최적값을 저장하는 수단과, 활성 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 대해 저장된 바이어스 전류값에 따라 상기 활성 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 바이어스 전류를 인가하는 수단과, 이벤트(event)의 발생시에 상기 바이어스 전류의 최적값을 결정하는 수단을 호출하고, 상기 이벤트가 발생될 때마다 상기 저장된 최적의 바이어스 전류값이 현재의 최적의 바이어스 전류값으로 갱신되도록 하는 수단을 포함하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 이벤트는 직전의 최적화 시퀸스에 이어서 상기 자기 디스크 데이터 저장 장치의 파워온 동작의 사전결정된 기간을 포함하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 바이어스 전류의 최적값을 저장하는 수단은 장치 제어 정보(device control information)를 갖는 디스크 표면 부분상에 상기 최적값을 저장하는 수단을 포함하고, 상기 자기 디스크 데이터 저장 장치는 파워 업 절차(power up procedure) 중에 상기 바이어스 전류의 최적값을 상기 디스크 표면 부분상에의 최적값의 저장 수단으로부터 상기 자기 디스크 데이터 저장 장치의 랜덤 액세스 메모리(RAM)로 전송하는 수단을 더 포함하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 바이어스 전류의 최적값을 결정하는 수단은 상기 이벤트의 발생에 이어서 제 1 유효기간(first idle period) 중에 바이어스 전류를 최적화하기 위해 호출되는 범용 오차 측정 회로(general error measurement circuit)를 포함 하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
  11. 자기 디스크 데이터 저장 장치에 있어서, 적어도 하나의 경질 디스크 자기 저장 매체와, 상기 적어도 하나의 저장 매체의 표면상의 트랙에 저장된 데이터를 판독하는 적어도 하나의 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드와, 선택된 파라미터(selected parameters)를 근거로 하여 상기 적어도 하나의 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드의 각각에 대해 바이어스 전류의 최적값을 결정하는 수단과, 상기 바이어스 전류의 최적값을 저장하는 수단과, 활성 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 대해 저장된 바이어스 전류값에 따라 상기 활성 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 바이어스 전류를 인가하는 수단과, 이벤트의 발생시에 상기 바이어스 전류의 최적값을 결정하는 수단을 호출하고, 상기 바이어스 전류의 최적값에 따라 상기 자기저항 트랜스듀서 판독 헤드에 인가된 바이어스 전류값을 변경하는 수단을 포함하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이벤트는 판독 오차 조건(read error condition)을 포함하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 바이어스 전류의 최적값을 저장하는 수단은 장치 제어 정보를 갖는 대스크 표면 부분상에 상기 최적값을 저장하는 수단을 포함하고, 상기 자기 디스크 데이터 저장 장치는 파워 업 절차 중에 상기 바이어스 전류의 최적값을 상기 디스크 표면 부분상에의 최적값의 저장 수단으로부터 상기 자기 디스크 데이터 저장 장치의 랜덤 액세스 메모리로 전송하는 수단을 더 포함하는 자기 디스크 데이터 저장 장치.
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