PL172763B1

PL172763B1 - Naped dysków ze stykowym zapisem magnetycznym PL PL PL PL

Info

Publication number: PL172763B1
Application number: PL93310176A
Authority: PL
Inventors: Moris Musa Dovek; John Stuart Foster; Donald K F Lam; Erich Sawatzky
Original assignee: Ibm
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1993-11-24
Publication date: 1997-11-28
Also published as: CN1084507C; KR940020313A; HU9502416D0; CN1096607A; TW396335B; PH31345A; MY110942A; CA2102087A1; PL310176A1; BR9400133A; HUT72801A; DE69330256T2; WO1994019793A1; JPH06259739A; CA2102087C; CZ9502115A3; JP2788600B2; CZ290656B6; RU2113019C1; BG99875A

Abstract

1. Naped dysków ze stykowym zapi- sem magnetycznym, zawierajacy twardy dysk magnetyczny do zapisu danych, do któ- rego jest dolaczony uklad napedowy ruchu wirowego, znam ienny tym, ze zawiera glo- wice magnetorezystywna wspólpracujaca z dyskiem i podtrzymywana przez nosnik, do którego jest dolaczony uklad do wprowadza- nia w styku nosnika i dysku podczas odczytu, i do glowicy magnetorezystywnej jest dola- czony uklad przetwarzania sygnalu z glowicy magnetorezystywnej, nie majacego modula- cji linii zerowej, a do nosnika jest dolaczony uklad napedowy nosnika z podtrzymywana glowica magnetorezystywna, przy czym dysk ma warstwe cieczy na powierzchni, tworzaca lozysko ciekle, na którym nosnik jest unoszony przez elementy podtrzymujace. FIG. 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest napęd dysków ze stykowym zapisem magnetycznym, w którym magnetyczny przetwornik zapisujący styka się z powierzchnią dysku magnetycznego podczas operacji odczytu i zapisu.

Znane są napędy dysków twardych z łożyskiem powietrznym, w którym każdy z przetworników lub głowic odczytujących/zapisujących jest podtrzymywany na nośniku lub ślizgaczu przesuwającym się na podkładce lub łożysku powietrznym ponad powierzchnią dysku obracającego się z prędkością roboczą. Ślizgacz jest dołączony do liniowego lub obrotowego układu uruchamiającego przy pomocy stosunkowo kruchego zawieszenia. W napędach dysków stosowane są również zespoły dysków z układem uruchamiającym podtrzymującym wiele ślizgaczy. Układ uruchamiający porusza ślizgacze zwykle promieniowo tak, że każda głowica może dochodzić do obszaru zapisu na powierzchni dysku. W tych znanych napędach dysków ślizgacz jest dołączony do zawieszenia i jest albo odchylony w kierunku powierzchni dysku przez małą siłę pochodzącą od zawieszenia albojest samonakładany na dysk przez podciśnienie powierzchni łożyska powietrznego. Ślizgacz styka się zwykle powierzchnią dysku tylko podczas operacji uruchomienia i zatrzymania, to jest od czasu, gdy napęd dysków zostaje włączony, aż do czasu, gdy osiągnie on prędkość wystarczającą dla przesuwania ślizgacza na łożysku powietrznym i ponownie po wyłączeniu napędu dysków, gdy prędkość obrotowa dysku spada poniżej wartości koniecznej do wytworzenia łożyska powietrznego.

Znana głowica stosowana do odczytu i zapisu danych na cienkowarstwowych dyskach w napędach dysków z łożyskiem powietrznym jest dwufunkcyjną głowicą indukcyjną odczytującą/zapisującą. Ze względu na to, że taka głowica musi umożliwiać zarówno odczyt jak i zapis danych, musi być przyjęty kompromis w projektowaniu parametrów głowicy i dysku, żeby zoptymalizować zarówno sygnały odczytu jak i zapisu danych w napędzie dysków. Dla pokonania tej niedogodności zaproponowano użycie, łącznie z indukcyjnymi głowicami zapisującymi w napędach dysków z łożyskiem powietrznym, magnetorezystywnych czujników lub głowic odczytujących, które wytwarzają sygnał odczytu w wyniku zmiany rezystancji elektrycznej, spowodowanej przez pola magnetyczne zapisane na dysku. Na przykład w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 908 194jest przedstawiona nakładana głowica cienkowarstwowa, zawierająca magnetorezystywną głowicę odczytującą i indukcyjną głowicę zapisującą. Pierwszym dostępnym w handlu napędem dysków twardych z łożyskiem powietrznym, mającym magnetorezystywną głowicę odczytującą i indukcyjną głowicę zapisującą był napęd dysków o nazwie Corsair firmy IBM.

Znane jest od początku stosowania zapisów magnetycznych, że jest pożądany zapis stykowy, ponieważ amplituda sygnału odczytywanego z dysku zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości głowicy od dysku. Oprócz opisanych powyżej napędów dysków z łożyskiem powietrznym stosuje się więc napędy dysków ze stykowym zapisem sygnałów na twardych dyskach.

Znany jest zapis stykowy przy użyciu łożyska ciekłego, w którym przestrzeń pomiędzy głowicą i dyskiem zawiera warstwę cieczy jako łożysko ciekłe pomiędzy dyskiem i nośnikiem przetwornika. Jest znanych wiele rodzajów napędów dysków z łożyskiem ciekłym. Na przykład w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 969 435 jest przedstawiony nośnik przetwornika typu sanek z dużą, płaską powierzchnią, który przesuwa się na warstwie oleju na dysku, przy czym olej jest dostarczany ze zbiornika zewnętrznego względem napędu dysków, rozładowywanego przez dyszę umieszczoną przed nośnikiem. Inne przykłady napędów dysków z zapisem stykowym przy użyciu łożysk ciekłych są przedstawione w zgłoszeniu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 264 604 i w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 097 368. W tego rodzaju napędach dysków z łożyskiem ciekłym ciecz ciągle recyrkuluje poprzez napęd dysków, dla utrzymania stosunkowo grubej warstwy cieczy na dysku, a nośnik głowicy ma wiele podkładek, które przenikają przez warstwę cieczy, gdy dysk obraca się. Ostatnio w zgłoszeniu Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 07/724 646 został opisany napęd dysków z łożyskiem ciekłym, w którym stosunkowo cienka warstwa smaru jest utrzymywana na dysku, a nośnik przetwornika, mający specjalnie przystosowane podkładki lub ślizgacz, przesuwa się po powierzchni warstwy cieczy podczas wirowania dysku. Wówczas gdy napęd dysków osiąga prędkość roboczą, przednia część nośnika przetwornika jest unoszona ponad warstwę cieczy dzięki efektowi łożyska powietrznego, podczas gdy tylna podkładka lub ślizgacz przesuwa się po powierzchni warstwy cieczy.

Znany jest także suchy zapis stykowy, w którym napęd dysków wykorzystuje zintegrowaną głowicę z zawieszeniem, utrzymującą fizyczny styk z powierzchnią dysku podczas operacji odczytu i zapisu. W tego rodzaju głowicy z zawieszeniem, jak przedstawiona na przykład w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 041 932, część głowicy ściera się wskutek styku ciernego z dyskiem w ciągu czasu życia napędu dysków.

Znany jest także napęd dysków z suchym zapisem stykowym, przedstawiony w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 819 091, który wykorzystuje odporny na ścieranie nośnik głowicy z monokryształu, utrzymywany w styku z dyskiem przy pomocy sił przyciągania wytwarzanych przez styk cierny pomiędzy nośnikiem i wirującym dyskiem. Chociaż napędy dysków z zapisem stykowym tego rodzaju są określane jako suche, możliwe jest tu także wykorzystanie cienkiej warstwy ciekłego smaru na dysku, nawet chociaż ta warstwa może nie działać jako łożysko ciekłe w ten sam sposób, jak w napędach dysków z zapisem stykowym, mających łożysko ciekłe.

Znane są z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 914 398 sposób i układ do tłumienia addytywnych zakłóceń przejściowych w kanale danych, spowodowanych cieplnymi stanami przejściowymi, wywołanymi stykaniem się czujnika magnetorezystywnego z ruchomą powierzchnią elementu pamiętającego. Zastosowane tu detektory dodatniej i ujemnej obwiedni mają wejścia dołączone do kanału i dostarczają sygnały wyjściowe, które są sumowane. Detektory są połączone przez układ buforowy dla umożliwienia obu detektorom nadążania za szybkimi, nagłymi wzrostami sygnału kanału danych. Sumowane sygnały wejściowe są doprowadzane do nieliniowego filtru adaptacji sygnału dla zmniejszenia składowej resztkowej. Sygnał kanału danych jest sumowany z sygnałem wyjściowym filtru. Amplitudy względne tych dwóch sygnałów wyjściowych są ustalane tak, że uzyskany sumowany sygnał wyjściowy jest pozbawiony zakłóceń addytywnych. Nie ma tu problemu falistości podłoża dysku względem sygnału wyjściowego z czujnika magnetorezystywnego.

Znana jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 193 039 głowica magnetorezystywna, cienkowarstwowa, zawierająca element magnetorezystywny z podkładkami i strukturę biegunową w obudowie. Element magnetorezystywny polaryzuje się w celu zmniejszenia prawdopodobieństwa wytworzenia szumu.

Znana jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 908 194 głowica magnetorezystywna do zapisu i odczytu danych na środku zapisu magnetycznego.

We wszystkich tych technikach zapisu stykowego dla napędów dysków twardych, głowica może nie zawsze być w styku fizycznym z rzeczywistą powierzchnią dysku twardego, ze względu na obecność warstwy cieczy i/lub ponieważ nośnik głowicy może okresowo przeskakiwać lub unosić się nad powierzchnią dysku. Jednakże dla celów wynalazku określenie zapisu stykowego w napędach dysków twardych obejmuje również różne rodzaje bliskiego styku.

Napęd dysków ze stykowym zapisem magnetycznym zawiera głowicę magnetorezystywną współpracującą z dyskiem i podtrzymywaną przez nośnik, do którego jest dołączony układ do wprowadzania w styk nośnika i dysku podczas odczytu. Do głowicy magnetorezystywnej jest dołączony układ przetwarzania sygnału z głowicy magnetorezystywnej, nie mającego modulacji linii zerowej, a do nośnika jest dołączony układ napędowy nośnika z podtrzymywaną głowicą magnetorezystywną. Dysk ma warstwę cieczy na powierzchni, tworzącą łożysko ciekłe, na którym nośnik jest unoszony przez elementy podtrzymujące.

Korzystnie nośnik ma ślizgacz do przesuwu po warstwie cieczy.

Korzystnie nośnik ma wiele podkładek do przenikania przez warstwę cieczy.

Korzystnie nośnik ma powierzchnię cierną tworzącą styk cierny z dyskiem.

Dysk ma smar na powierzchni stykającej się z powierzchnią cierną nośnika.

Korzystnie nośnik i elementy do utrzymania nośnika w styku są utworzone przez zintegrowaną głowicę z zawieszeniem, która ma powierzchnię cierną dla styku z dyskiem.

Dysk ma smar na powierzchni stykającej się z powierzchnią cierną integrowanej głowicy z zawieszeniem.

172 763

Do głowicy magnetorezystywnej jest dołączony układ przetwarzania sygnału danych wykrytych na dysku.

Do głowicy magnetorezystywnej jest dołączony układ minimalizacji modulacji linii zerowej sygnału głowicy magnetorezystywnej podczas odczytu danych z dysku.

Układ minimalizacji modulacji linii zerowej zawiera ponadto elementy do filtrowania sygnału modulacji linii zerowej, z głowicy magnetorezystywnej.

Układ minimalizacji modulacji linii zerowej zawiera ponadto elementy do utrzymywania temperatury głowicy magnetorezystywnej poniżej wstępnie określonej wartości.

Głowica magnetorezystywna ma taką wysokość, że stosunek sygnału modulacji linii zerowej do amplitudy sygnału magnetycznego głowicy magnetorezystywnej jest mniejszy od około 0,2.

Napęd dysków zawiera układ zasilania głowicy magnetorezystywnej prądem polaryzacji mającym taką wartość, że stosunek sygnału modulacji linii zerowej do amplitudy sygnału magnetycznego odczytywanego przez głowicę magnetorezystywną jest mniejszy od około 0,2.

Część nośnika w styku z dyskiem ma długość mniejszą niż okres zafalowania powierzchni dysku.

Stosunek sygnału modulacji linii zerowej, wytwarzanego przez głowicę magnetorezystywną, do amplitudy sygnału magnetycznego wyczuwanego przez głowicę magnetorezysty wnąjest mniejszy od około 0,2.

Napęd dysków zawiera indukcyjną głowicę zapisującą dołączoną do nośnika do zapisu danych na dysku.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie napędu dysków ze stykowym zapisem magnetycznym, który wykorzystuje magnetorezystywny czujnik odczytujący. Dotychczas żadna ze znanych technik zapisu stykowego nie rozważała użyciu tego czujnika w napędzie dysków i związanych z tym korzyści.

Z powodu skrajnie małej odległości pomiędzy głowicą i dyskiem w napędach dysków z zapisem stykowym, zafalowanie podłoża dysku wprowadzało modulację sygnału linii zerowej w sygnale wyjściowym z czujnika MR. Ta modulacja jest powodowana chłodzeniem czułego na temperaturę i mającego podwyższoną temperaturę czujnika magnetorezystywnego przez dysk, przy czym zmiany temperatury są bezpośrednio zależne od zmian odległości głowicy i dysku, spowodowanych falistością dysku.

Parametry napędu dysków według wynalazku są poprawiane przez zmniejszenie do minimum skutków tej modulacji sygnału linii zerowej.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju napęd dysków z zapisem stykowym według wynalazku, fig. 2 - w widoku z góry napęd dysków przedstawiony na fig. 1, fig. 3 - w widoku z boku nośnik z głowicą na dysku z warstwą ciekłą, fig. 4 - w widoku z góry stronę dolną, czyli od strony dysku, nośnik z głowicą z fig. 3, fig. 5 - w powiększonym przekroju część końcową nośnika z głowicą i dysku z ciekłym łożyskiem pomiędzy głowicą i dyskiem, fig. 6 - w przekroju zintegrowane zawieszenie głowicy i dysku z suchym zapisem stykowym według wynalazku, fig. 7 - przebieg napięcia sygnału odczytu w funkcji czasu z czujnika, gdy nośnik z głowicą styka się z wirującym dyskiem, fig. 8 - połączenie głowicy i dysku pokazane na fig. 5, z uwidocznieniem falistości powierzchni dysku, fig, 9 - wykres temperatury czujnika powyżej temperatury otoczenia w funkcji prądu polaryzacji, fig. 10 - schemat blokowy układu detekcji odczytu z filtrem tłumiącym modulację sygnału linii zerowej w sygnale z czujnika, fig. 11 - rzeczywistą linię zerową sygnału czujnika ze ścieżki wymazanej prądem stałym i modulację linii zerowej spowodowaną falistością dysku, fig. 12 - obwiednię sygnału magnetycznego czujnika ze ścieżki zapisanej przy 13,5 MHz, nałożoną na sygnał linii zerowej z fig. 11, fig. 13 - pole stykowe nośnika z głowicą na falistym dysku i fig. 14 - odstęp głowica-dysk, gdy długość pola stykowego jest zmniejszona dla dysku pokazanego z fig. 13.

Figura 1 przedstawia w przekroju napęd dysków z zapisem stykowym, wyposażony w łożysko ciekłe. Napęd dysku zawiera podstawę 10, do której jest zamocowany silnik napędowy 12 dysku, układ uruchamiający 14 i pokrywa 11. Podstawa 10 i pokrywa 11 zapewniają szczelną obudowę napędu dysków. Pomiędzy podstawą 10 i pokrywą 11 jest umieszczona uszczelka 13,

172 763 a pomiędzy wnętrzem napędu dysków i otoczeniem zewnętrznym - mały odpowietrznik, nie pokazany, do wyrównywania ciśnienia. Ten rodzaj napędu dysków jest uważany za szczelny, ponieważ silnik napędowy 12 jest umieszczony całkowicie wewnątrz obudowy i nie jest dostarczane z zewnątrz powietrze do chłodzenia elementów wewnętrznych. Magnetyczny dysk 16 do zapisu danych jest zamontowany na piaście 18, która jest dołączona obrotowo do silnika napędowego 12. Dysk 16 ma cienką warstwę ciekłego smaru 50, który jest utrzymywany na powierzchni dysku 16 jako łożysko ciekłe. Nośnik 20 przetwornika unosi głowicę 42 magnetorezystywną do odczytu, a indukcyjną do zapisu. Nośnik 20 jest dołączony do układu uruchamiającego 14 za pomocą sztywnego ramienia 22 i zawieszenia 24 wywierającego siłę odchylającą, przesuwającą nośnik 20 na warstwę ciekłego smaru 50 na dysku 16. Podczas działania napędu dysku silnik napędowy 12 powoduje obracanie się dysku ze stałą prędkością, a układ uruchamiający 14, który jest zwykle silnikiem liniowym lub obrotowym, przesuwa nośnik 20 promieniowo przez powierzchnię dysku 16 tak, że głowica może dojść do różnych ścieżek danych na dysku 16.

Figura 2 przedstawia w widoku z góry wnętrze napędu dysków z usuniętą pokrywą 11 i pokazuje bardziej szczegółowo zawieszenie 24, które oddziałuje na nośnik 20 siłą wprowadzającą go w styk z warstwą ciekłego smaru 50 na dysku 16. Zawieszenie 24 może być zwykłym zawieszeniem, takim jak stosowane w napędach dysków magnetycznych, które mają styk ślizgowy przy użyciu łożyska powietrznego. Ten typ zawieszenia ma także połączenie przegubowe pierścieniowe nośnika przetwornika, które umożliwia nośnikowi pochylenie i obrót podczas przesuwania się na warstwie ciekłego smaru.

Figura 3 przedstawia w widoku z boku nośnik 20 przetwornika i w przekroju dysk 16 z zapisem stykowym, wyposażony w łożysko ciekłe. Nośnik 20 ma podkładkę stykową 40 w kształcie płozy w pobliżu tylnego końca oraz głowicę 42 magnetorezystywną do odczytu, a indukcyjną do zapisu, umieszczoną na tylnej krawędzi 44. Podkładka stykowa 40 zwykle styka się z warstwą ciekłego smaru 50 dysku 16 i jest utrzymywana w stanie styku podczas operacji odczytu lub zapisu przez siłę odchylającą wytwarzaną przez dołączone zawieszenie 24. Powierzchnia 23 łożyska powietrznego znajduje się na przednim końcu nośnika 20 dla wywołania unoszenia przedniego końca, podczas gdy tylna podkładka stykowa 40 przesuwa się na warstwie ciekłego smaru 50, gdy dysk 16 obraca się z prędkością roboczą.

Figura 4 przedstawia stronę dolną nośnika 20. Przednia powierzchnia 23 łożyska powietrznego zawiera parę podkładek 25, 27, które wspomagają efekt łożyska powietrznego dla przedniego końca nośnika, jak również utrzymują nośnik na warstwie ciekłego smaru 50, gdy dysk nie wiruje z prędkością roboczą. Powierzchnie i nakładki nośnika 20, pokazane na fig. 4, są wykonane przy użyciu konwencjonalnych technik stosowanych do wykonania ślizgacza łożyska powietrznego, takich jak obróbka maszynowa, reaktywne wytrawianie jonowe i frezowanie jonowe.

Figura 5 przedstawia w przekroju część dysku 16 z warstwą ciekłego smaru 50 i powiększoną częścią nośnika 20 z głowicą 42 magnetoryzystywną do odczytu, a indukcyjną do zapisu, stanowiącą głowicę cienkowarstwową na krawędzi tylnej 44. Zarówno magnetorezystywny czujnik odczytujący 60, jak i indukcyjna głowica zapisująca 62 są wykonane w postaci cienkich warstw na krawędzi tylnej 44 nośnika 20, która służy jako podłoże do nakładania warstw. Czujnik odczytujący 60 ma koniec 61 i jest umieszczony pomiędzy oddalonymi od siebie ekranami 62 i 63. Czujnik odczytujący 60 jest często paskiem z materiału magnetorezystywnego o grubości t w kierunku równoległym do powierzchni dysku i wysokości h w kierunku prostopadłym do powierzchni dysku. Indukcyjna głowica zapisująca 70 ma pokazaną w przekroju cewkę 73 i szczelinę zapisującą 75. Szczelina zapisująca 75 jest określona przez dwie końcówki biegunów, z których jednym jest końcówka 76 bieguna, a drugim końcówka służąca także jako magnetorezystywny ekran 63. Zarówno końcówka 61 magnetorezystywnego czujnika odczytującego 60 jak i szczelina 75 indukcyjnej głowicy zapisującej 70 są zwrócone w stronę powierzchni dysku 16 dla odczytu i zapisu danych i są cofnięte w stosunku do zakończenia płozy 40. Zakończenie płozy 40 i koniec 61 magnetorezystywnego czujnika odczytującego 60 stykają się zwykle z warstwą ciekłego smaru 50 na dysku 16 podczas operacji odczytu i zapisu. Ponieważ

172 763 nie jest wymagane, żeby indukcyjna głowica zapisująca 70 odczytywała dane zapisane w warstwie magnetycznej dysku 16, może być ona zaprojektowana optymalnie dla zapisu.

Powracając do fig. 2, dane odczytane z dysku 16 przez czujnik odczytujący 60 z fig. 5, który jest częścią głowicy 42, są przetwarzane w sygnał ponownego odczytu danych przez układ przetwarzający umieszczony w układzie scalonym 30 umieszczonym na ramieniu 22. Układ scalony 30 zawiera zwykle układ przedwzmacniacza i inne układy przetwarzające sygnały wykorzystujące zwykle stosowane techniki. Sygnały z czujnika odczytującego 60 przechodzą przez kabel 32 do układu scalonego 30, który przesyła swoje sygnały wyjściowe przez kabel 34.

Figura 6 przedstawia w przekroju bocznym zintegrowaną głowicę z zawieszeniem 80 i w przekroju dysk 16 z suchym zapisem stykowym. Zintegrowana głowica z zawieszeniem 80 spełnia funkcję zarówno zawieszenia 24 jak i nośnika 20 z fig. 3. Jednak przeciwnie do tego rozwiązania, przetwornik pokazany jako indukcyjna głowica zapisująca z nabiegunnikiem 82, cewką 84 i czujnikiem odczytującym 86, jest umieszczony w zintegrowanej głowicy z zawieszeniem 80. Głowica z zawieszeniem 80 ma podkładkę cierną 88, tworzącą styk z powierzchnią dysku 16 podczas operacji odczytu i zapisu, który ściera się powoli podczas używania napędu dysków. Zawieszenie zintegrowanej głowicy z zawieszeniem 80 jest dołączona do układu uruchamiającego przy pewnym nieznacznie naprężonym wstępnie zagięciu tak, że jest wywierana pewna siła oddziałująca na część głowicy, wymuszając stan styku podkładki ciernej 88 z dyskiem 16 i utrzymując go podczas operacji odczytu i zapisu. Dysk 16 może mieć cienką warstwę smaru na powierzchni stykającej się z podkładką cierną 88 w celu minimalizacji ścierania podkładki stykowej i dysku.

Napęd dysku z zapisem stykowym, zawierający łożysko ciekłe, przedstawiony na fig. 1-5, został przebadany przy użyciu cienkowarstwowego dysku 16 2-1/2 mającego warstwę magnetyczną kobaltowo-platynowo-chromową i węglową powłokę ochronną o grubości 150 angstremów. Typowy smar czterofluoropolieterowy został naniesiony przez zanurzenie w celu utworzenia ciekłej warstwy 50 o grubości około 42 angstremów na węglowej powłoce ochronnej. Nośniki 20 przetwornika przedstawiony na fig. 3 był wykonany przez konwencjonalne frezowanie jonowe, przy czym węglowa podkładka stykowa 40 wystawała z korpusu nośnika w przybliżeniu na 1600 angstremów. Obciążenie przykładane do nośnika 20 przez zawieszenie 24 było w zakresie 4-6 gramów. Oddziaływanie wzajemne nośnika 20 i dysku 16 w postaci dużego oporu większego od 0,2 gm i wahania prędkości zachodziły przy prędkościach do około 3-4 m/s. Od tej prędkości aż do prędkości około 10/s podkładka stykowa 40 stykała się zwykle z warstwą cieczy na dysku.

Sygnał odczytu z czujnika odczytującego 60 był mierzony podczas pracy napędu dysku. Były obserwowane znaczne wahania linii zerowej sygnału wyjściowego z czujnika odczytującego 60. Te wahania lub modulacja linii zerowej sygnału odczytu były synchroniczne z obrotami dysku. Sygnał modulacji linii zerowej był dodawany do sygnału magnetycznego, chociaż nie pochodził od zmian magnetycznych. Nie mógł być on wymazany przez indukcyjną głowicę zapisującą 70 i występował także na dyskach niemagnetycznych. Amplituda tego sygnału modulacji linii zerowej wynosiła połowę wartości sygnału magnetycznego na dyskach, przy nominalnym prądzie polaryzacji dostarczanym do czujnika odczytującego 60. T a nieoczekiwana modulacja sygnału linii zerowej może powodować błędy w sygnale odczytu, co może sprawić, że czujnik odczytujący będzie nieprzydatny w napędzie dysku z zapisem stykowym.

Figura 7 przedstawia przebieg typowego sygnału modulacji linii zerowej z czujnika odczytującego 60. Ten sygnał został otrzymany z typowego czujnika odczytującego na nośniku na dysku wirującym z prędkością określającą mniejszą prędkość dysku pod nośnikiem Rs = 20 równą około 9 m/s. Prąd polaryzacji I =12 mA był dostarczany do czujnika odczytującego, który miał charakterystyczny współczynnik temperaturowy rezystancji β = 0,23%/°C. Maksymalna amplituda międzyszczytowa sygnału linii zerowej AV p.p wynosiła w przybliżeniu 230 mikrowoltów. Ten sygnał linii zerowej z fig. 7 powtarzał się bez zmian przy każdym obrocie dysku. Kształt sygnału zmieniał się, gdy głowica przesuwała się do innego położenia promieniowego na dysku, lecz nowy sygnał był ponownie synchroniczny z obrotami dysku. Sygnał powodował także odwrócenie polaryzacji przy zmianie kierunku prądu polaryzacji czujnika odczytującego.

172 763

Figura 8 wyjaśnia odkryty mechanizm odpowiedzialny za modulację linii zerowej. Powierzchnia dysku 16 nie jest idealnie gładka, lecz ma falistość resztkową, której zafalowania mają średnią amplitudę i długość fali oznaczone przez AX i L. Czujnik odczytujący 60 przesuwa się ponad tymi zafalowaniami o średniej odległości Χ0. Tylna podkładka stykowa 40 jest zaprojektowana tak, żeby średnia odległość X<> wynosiła około 100 angstremów. Dysk 16 ma zasadniczo stałą temperaturę T0. Czujnik odczytujący 60 ma jednak temperaturę T0 wyższą niż temperatura T0 dysku w wyniku ciepła Joula wydzielanego przez przepływający stały prąd polaryzacji I. Temperatura Ts jest określona przez moc rR wydzielaną w czujniku odczytującym 60 i przewodność cieplną pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i jego otoczeniem zgodnie z następującym wzorem:

T_s-T₀ =

I²R (Go+Ch)

I²R(G₀-Gi)

G₀ ² (1) gdzie R jest rezystancją czujnika odczytującego 60, G0 jest przewodnością cieplną między czujnikiem odczytującym 60 i nośnikiem 20, Gi jest przewodnością cieplną pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i dyskiem 16, przy czym Gi jest zwykle dużo mniejsze od G0. Większość ciepła jest odprowadzana od czujnika odczytującego 60 wewnętrznie do korpusu nośnika 20. Jednak jeżeli odległość pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i dyskiem 16 jest mała, jak to ma miejsce przy zapisie stykowym, część ciepła będzie przewodzona do dysku poprzez szczelinę X„ oddzielającą czujnik odczytujący 60 od dysku 16. Tak więc czujnik odczytujący 60 jest chłodzony przez dysk, gdy odległość głowicy od dysku jest mała. Stopień tego chłodzenia zależy od różnicy temperatur Ts - T0 i od przewodności cieplnej G1 pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i dyskiem 16.

Figura 9 przedstawia wykres temperatury czujnika odczytującego w funkcji prądu polaryzacji I czujnika odczytującego. Krzywa A przedstawia temperaturę czujnika powyżej temperatury otoczenia, gdy nieobciążona głowica znajduje się około 1 mm powyżej wirującego dysku. Krzywa B przedstawia temperaturę czujnika przy przemieszczaniu się nośnika w odległości głowicy od dysku około 100 angstremów. Przy prądzie polaryzacji 12 mA, temperatura czujnika jest o około 10°C niższa, gdy nośnik przesuwa się po ciekłej warstwie. Zbliżenie dysku 16 do czujnika odczytującego 60 przy zapisie stykowym powoduje obniżenie temperatury czujnika od 44^OC powyżej temperatury otoczenia od 34°C powyżej temperatury otoczenia. Obserwowana modulacja linii zerowej z fig. 7 może być opisana w kategoriach tego efektu chłodzenia. Zafalowania dysku pokazane na fig. 8 powodują modulację przewodności cieplnej Gi pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i dyskiem 16. To z kolei powoduje modulację stopnia chłodzenia, a więc temperatury czujnika. Wahania temperatury czujnika powodują odpowiadające im zmiany rezystancji, a to powoduje zwiększenie sygnału modulacji linii zerowej przy stałym prądzie polaryzacji czujnika odczytującego.

W celu optymalizacji parametrów czujnika odczytującego, jeżeli taki czujnik ma być użyty w napędzie dysków z zapisem stykowym, konieczne jest opracowanie techniki usunięcia lub minimalizacji tej nieoczekiwanej modulacji sygnału linii zerowej.

Figura 10 przedstawia kanał odczytu do zastosowania w wynalazku. Typowymi elementami tworzącymi kanał odczytu dołączony do czujnika odczytującego 60 są sterownik zapisu i przedwzmacniacz 100, umieszczany w ramieniu układu uruchamiającego, analogowy lub cyfrowy korektor/filtr 102, układ automatycznej regulacji 104 wzmocnienia i jeden z trzech kanałów przetwarzających sygnał. Te trzy kanały przetwarzające sygnał, które mogą odbierać sygnał wyjściowy analogowego lub cyfrowego korektora/filtru 102, obejmują kanał 105 detekcji impulsów szczytowych, kanał 106 maksymalnej wiarygodności odpowiedzi częściowej lub kanał 107 filtru cyfrowego odpowiedzi częściowej PRDF.

Figura 11 przedstawia sygnał wyjściowy przedwzmacniacza 100, pokazany jako sygnał ze ścieżki wymazanej prądem stałym. Fig. 11 przedstawia więc modulację sygnału linii zerowej, spowodowaną tylko falistością podłoża dysku.

172 763

Figura 12 przedstawia sygnał wyjściowy z przedwzmacniacza 100 z tej samej ścieżki zapisanej sygnałem o częstotliwości 13,5 MHz. Fig. 12 przedstawia więc wpływ modulacji sygnału linii zerowej na obwiednię sygnału odczytu magnetycznego. Składowe o wielkiej częstotliwości i addytywny charakter uzyskiwanej obwiedni sygnału pokazanego na fig. 12 nie są możliwe do korekcji przez układ automatycznej regulacji 104 wzmocnienia w typowym kanale zapisu. Jak pokazano na fig. 11 i 12, wywoływana cieplnie modulacji sygnału linii zerowej powoduje nagły wzrost amplitudy sygnału odczytu o 50% lub więcej. Gdy ta obwiednia sygnału pozostała nieskorygowana, margines szumów dopuszczalny dla detekcji sygnału przez układy przetwarzające 105,106 lub 107 kanału zostałby znacznie zmniejszony, powodując duże błędy sygnału odczytu. Doświadczenia wykazały, że jeżeli maksymalna amplituda sygnału linii zerowej jest mniejsza niż około 20% amplitudy sygnału magnetycznego odczytu, sygnał wyjściowy kanału odczytu jest dopuszczalny, chociaż błędy spowodowane szumem mogą być nieco większe. Jednak, jeżeli stosunek maksymalnej lub szczytowej amplitudy sygnału linii zerowej do amplitudy sygnału magnetycznego odczytu jest większy niż około 0,2, wówczas należy coś zrobić dla usunięcia lub zminimalizowania modulacji sygnału linii zerowej. Fakt, że modulacja sygnału linii zerowej jest addytywna względem sygnał odczytu, umożliwia usunięcie sygnału modulacji przez właściwe filtrowanie. Powracając do fig. 10, jednobiegunowy filtr górnoprzepustowy 108 i wzmacniacz separujący 110 są wprowadzone do kanału zapisu pomiędzy układem automatycznej regulacji 104 wzmocnienia i analogowym lub cyfrowym korektorem/filtrem 102 jako korektorem modulacji linii zerowej. W wynikach tych doświadczeń sygnał modulacji linii zerowej ma składowe o częstotliwości 200 kHz lub mniejszej, podczas gdy nagłe wzrosty obwiedni głównego sygnału występują przy częstotliwości poniżej 100 MHz. Jednobiegunowy filtr górnoprzepustowy 108 z optymalnie dobraną częstotliwością graniczną skutecznie usuwa szkodliwe efekty spowodowane tym sygnałem. Wzmacniacz separujący 110 jest potrzebny dla dopasowania impedancji i kompensacji tłumienności wtrąceniowej filtru 108. Kryteria określające częstotliwość graniczną są oparte na wynikach doświadczeń i zależą od prędkości liniowej dysku względem głowicy i falistości dysku. Dla danych doświadczalnych opisanych powyżej częstotliwość graniczna jest określona jako różna około 150 kHz, co powoduje usunięcie nagłych wzrostów amplitud o około 10% lub więcej.

Chociaż elementy na fig. 10 są dyskretnymi modułami kanału zapisu, jest możliwe zintegrowanie wszystkich funkcji realizowanych przez układ automatycznej regulacji 104 wzmocnienia, filtr górnoprzepustowy 108, wzmacniacz separujący 110 i analogowy lub cyfrowy korektor/filtr 102 oraz układy przetwarzające 105,106 lub 107 sygnał kanału w jednym układzie. Żaden z dostępnych układów kanałów nie zawiera programowanego filtru górnoprzepustowego. Programowalność częstotliwości granicznej tego filtru jest niezbędna do optymalnego usuwania sygnału linii zerowej dla różnych kombinacji dysków i ich prędkości obrotowych.

Jak pokazano na fig. 9, ponieważ modulacja sygnału linii zerowej jest funkcją różnicy między temperaturą T_s czujnika i temperaturą T0 otoczenia dysku, jest także możliwe zasadnicze zminimalizowanie wpływu niepożądanego sygnału przez właściwe zaprojektowanie czujnika odczytującego, co widać w równania (1).

Przewodność cieplna G0 pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i nośnikiem 20 może być określona jak następuje:

G0 = Kins · w -h/g (2) gdzie Kins jest przewodnością cieplną materiału izolacyjnego w obszarze szczeliny pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i sąsiednimi ekranami 62, 63 z fig. 8, g jest szerokością szczeliny pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i ekranami 62, 63, w jest szerokością ścieżki i h jest wysokością czujnika odczytującego 60. Przewodność cieplna G1 pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i dyskiem 16 może być określona jak następuje:

Gi = Khd · w t/(X + dX) ~ Khd w t · (Χ0 + dX)/X0 (3)

172 763 gdzie Khd jest przewodnością cieplną połączenia głowicy z dyskiem, t jest grubością czujnika odczytującego 60, a dX jest zmianą odległości X głowicy od dysku. Rezystancja R czujnika odczytującego 60 jest podana jak następuje:

R = p w/(t · h) (4) gdzie p jest rezystywnością czujnika odczytującego. Podstawiając równania (2) - (4) do równania (1) i wykorzystując znaną zależność, że zmiany wahań sygnału czujnika odczytującego są zależne od zmian temperatury jest następuje:

dV = I •R· β dT (5) otrzymujemy dV = (p/KiNS)² β · Khd · I³(g²/(t · h⁴)) (dX/Xc²) (^)

Równanie (6) wyraża więc zmianę napięcia dV sygnału czujnika odczytującego w funkcji zmiany odległości dX pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i dyskiem 16. Wyjściowy sygnał magnetyczny z czujnika odczytującego 60 jest określony jak następuje:

S ~ p_m · I · w/(t2 · h) (7) gdzie pm jest magnetorezystywnością materiału czujnika.

W oparciu o równania (6) i (7), a więc czynniki wpływające na dV i S, jest możliwe projektowanie czujnika przez zmianę pewnych jego parametrów dla minimalizacji dV bez znacznego wpływu na S. Jak stwierdzono poprzednio, jeżeli dV/S jest utrzymane poniżej około 0,2 sygnał wyjściowy czujnika odczytującego 60 jest akceptowany, Że względu na to, że na przykład wysokość h czujnika wpływa na dV odwrotnie proporcjonalnie do czwartej potęgi, a na S tylko odwrotnie proporcjonalnie do pierwszej potęgi, niewielkie zwiększenie h może znacznie zmniejszyć dV/S. Podobnie niewielkie zmniejszenie prądu polaryzacji I może mieć ten sam efekt, ponieważ dV jest wprost proporcjonalne do trzeciej potęgi I, podczas gdy S zależy od niego tylko liniowo. Na podstawie równań 6 i 7 widać, że zmniejszenie grubości t i czujnika odpowiadające mu zmniejszenie prądu polaryzacji I, w celu utrzymania S na pożądanym poziomie, powoduje także zmniejszenie dV/S. Również wybór materiału mającego dużą przewodność cieplną Kins dla szczeliny pomiędzy czujnikiem odczytującym 60 i ekranami 62, 63 powoduje, że czujnik odczytujący 60 będzie chłodniejszy podczas pracy, a dV będzie zmniejszone proporcjonalnie do kwadratu przyrostu wartości przewodności cieplnej Kins. Przez właściwy dobór tych parametrów projektowych czujnika jest możliwe zaprojektowanie napędu dysków z zapisem stykowym i z czujnikiem odczytującym, który minimalizuje efekt nieoczekiwanej modulacji sygnału linii zerowej, powodowanej falistością podłoża dysku, bez potrzeby stosowania filtru w kanale odczytu.

Jest również możliwe zminimalizowanie wpływu modulacji sygnału linii zerowej przez wykonanie dysku tak gładkiego, jak jest to możliwe. Ponieważ dV jest bezpośrednio zależne od dX, jak pokazano w równaniu (6), dV będzie dążyć do zera, jeżeli dysk będzie doskonale gładki, to jest dX = O. Jednak ponieważ istnieją granice osiągalnej gładkości dysku, alternatywne podejście polega na zminimalizowaniu maksymalnego wymiaru lub długości podkładki stykowej nośnika z głowicą lub zapewnienie, że jego długość jest mniejsza niż okres zafalowania dysku. Okres zafalowania może być określony jako odległość liniowa między szczytami lub między dolinami na powierzchni dysku.

Figura 8 przedstawia idealną sytuację zachodzącą wówczas, gdy część nośnika z głowicą stykającą się z dyskiem, podkładka stykowa 150, z czujnikiem odczytującym 160, przesuwa się po dysku 170 mającym okres L zafalowania i amplitudę AX. Zmiana dX czujnika odczytującego 160 ponad powierzchnią dysku 170 jest częściowo spowodowana

172 763 tym, że długość podkładki stykowej 150 jest większa niż średni okres L zafalowania dysku. Zapewniając, że długość podkładki stykowej 150 jest mniejsza niż okres L albo przez zmniejszenie jego długości i/lub poprawę gładkości dysku, tak, że podkładka 150 miała wymiary wystarczająco małe, dla wpasowania pomiędzy szczytami zafalowania na dysku, wpływ modulacji sygnału linii zerowej może być zmniejszony. To jest przedstawione na fig. 14, gdzie jest pokazana wąska podkładka stykowa 180 mająca długość znacznie zmniejszą niż okres L, odpowiednio do zafalowania dysku 170, przez co zmniejsza dX i minimalizuje dV/S.

172 763

F/G. /

F/G. 3

172 763

F/G. 5

172 763

w w Σ2 Η K O o u os <n >i fcł >“5 2 > > < O S Q

O d

<

O cn

Q a

o o

os

X

SH

CSJ u

SH

Cl ω

Γ3 o

CU

Λ o

D

Sh

D α

o

172 763

Ο <

X

Λ <

Η >4

Η >“3 « < ^SŚS α w Ο 2 2 Π

Ο (4 NJ < U 2

CJ3 Ν ><

W

F/G.

WOLTY

172 763

TEMPERATURA (’ę)

120

172 763

WYJŚCIE

CZUJNIKA (mV)

Ścieżka wymazana prądem stałym

FIG.

-,-,-,-,O 20 40 60 80 100

f. Sek.

SYGNAŁ ZAPISANY 13,5 MHZ

FIG. 1F

172 763

G 13

FIC. 14

172 763

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 4,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Napęd dysków ze stykowym zapisem magnetycznym, zawierający twardy dysk magnetyczny do zapisu danych, do którego jest dołączony układ napędowy ruchu wirowego, znamienny tym, że zawiera głowicę magnetorezystywną współpracującą z dyskiem i podtrzymywaną przez nośnik, do którego jest dołączony układ do wprowadzania w styku nośnika i dysku podczas odczytu, i do głowicy magnetorezystywnej jest dołączony układ przetwarzania sygnału z głowicy magnetorezystywnej, nie mającego modulacji linii zerowej, a do nośnika jest dołączony układ napędowy nośnika z podtrzymywaną głowicą magnetorezystywną, przy czym dysk ma warstwę cieczy na powierzchni, tworzącą łożysko ciekłe, na którym nośnik jest unoszony przez elementy podtrzymujące.
2. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnik ma ślizgacz do przesuwu po warstwie cieczy.
3. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnik ma wiele podkładek do przenikania przez warstwę cieczy.
4. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnik ma powierzchnię cierną tworzącą styk cierny z dyskiem.
5. Napęd dysków według zastrz. 4, znamienny tym, że dysk ma smar na powierzchni stykającej się z powierzchnią cierną nośnika.
6. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że nośnik i elementy do utrzymywania nośnika w styku są utworzone przez zintegrowaną głowicę z zawieszeniem, która ma powierzchnię cierną dla styku z dyskiem.
7. Napęd dysków według zastrz. 6, znamienny tym, że dysk ma smar na powierzchni stykającej się z powierzchnią cierną zintegrowanej głowicy z zawieszeniem.
8. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że do głowicy magnetorezystywnej jest dołączony układ przetwarzania sygnału danych wykrytych na dysku.
9. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że do głowicy magnetorezystywnej jest dołączony układ minimalizacji modulacji linii zerowej sygnału głowicy magnetorezystywnej podczas odczytu danych z dysku.
10. Napęd dysków według zastrz. 9, znamienny tym, że układ minimalizacji modulacji linii zerowej zawiera ponadto elementy do filtrowania sygnału modulacji linii zerowej, z głowicy magnetorezystywnej.
11. Napęd dysków według zastrz. 9, znamienny tym, że układ minimalizacji modulacji linii zerowej zawiera ponadto elementy do utrzymywania temperatury głowicy magnetorezystywnej poniżej wstępnie określonej wartości.
12. Napęd dysków według zastrz. 9, znamienny tym, że głowica magnetorezystywna ma taką wysokość, że stosunek sygnału modulacji linii zerowej do amplitudy sygnału magnetycznego głowicy magnetorezystywnej jest mniejszy od około 0,2.
13. Napęd dysków według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera układ zasilania głowicy magnetorezystywnej prądem polaryzacji mającym taką wartość, że stosunek sygnału modulacji linii zerowej do amplitudy sygnału magnetycznego odczytywanego przez głowicę magnetorezystywną jest mniejszy od około 0,2.
14. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że część nośnika w styku z dyskiem ma długość mniejszą niż okres zafalowania powierzchni dysku.
15. Napęd dysków według zastrz. 9, znamienny tym, że stosunek sygnału modulacji linii zerowej, wytwarzanego przez głowicę magnetorezystywną, do amplitudy sygnału magnetycznego wyczuwanego przez głowicę magnetorezystywną jest mniejszy od około 0,2.
16. Napęd dysków według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera indukcyjną głowicę zapisującą dołączoną do nośnika do zapisu danych na dysku.

* * *

172 763