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双写入器头设计

申请号 CN201511035970.6 申请日 2015-11-23 公开(公告)号 CN105761729B 公开(公告)日 2019-08-09
申请人 希捷科技有限公司; 发明人 高凯中; E·盖奇; 尹华清; 陈永华;
摘要 本 申请 公开了一种双写入器头设计。一种存储设备,包括具有多个写元件的换能器头,该多个写元件具有不同尺寸的写极。例如,该换能器头可包括不同宽度的两个写极,该两个写极被配置成向存储介质的同一表面写入。存储设备的 控制器 被配置成选择性地接合该多个写元件中的一个以向存储介质写入数据。
权利要求

1.一种存储设备,包括:
换能器头,所述换能器头包括具有不同的写极宽度的两个写元件,所述两个写元件被配置成向存储介质的同一表面写入;
控制器,被配置成利用所述两个写元件中的第一个向所述存储介质的第一组交替的数据磁道写入数据,并且被配置成利用所述两个写元件中的第二个向所述存储介质的第二组交替的数据磁道写入数据。
2.如权利要求1所述的存储设备,其中所述写元件中的每一个包括写极,所述写极耦合至共享共同的引线的两个写线圈中的一个。
3.如权利要求1所述的存储设备,其中所述换能器头进一步包括:共享共同的引线的两个加热元件,所述加热元件中的每一个向所述两个写元件中的一个提供热量。
4.如权利要求3所述的存储设备,其中当从存储介质的空气轴承表面ABS观察时,所述两个写元件各自关于中心轴是对称的。
5.如权利要求1所述的存储设备,其中所述写元件彼此独立操作。
6.如权利要求1所述的存储设备,其中所述换能器头进一步包括被配置成同时加热这两个写元件的单个加热元件。
7.如权利要求1所述的存储设备,其中所述两个写元件被分开小于50微米并且大于10微米的距离。
8.一种用于数据存储的方法,包括:
选择换能器头上的两个写元件中的一个以向磁介质写入数据,所述两个写元件具有不同的写极宽度,
其中利用所述两个写元件中的第一个向所述磁介质的第一组交替的数据磁道写入数据,并且利用所述两个写元件中的第二个向所述磁介质的第二组交替的数据磁道写入数据。
9.如权利要求8所述的方法,其中所述两个写元件中的每一个的写线圈共享共同的引线。
10.如权利要求8所述的方法,其中所述换能器头进一步包括共享共同的引线的两个加热元件,所述加热元件各自被配置成加热所述两个写元件中不同的一个。
11.如权利要求10所述的方法,其中所述加热元件串联连接。
12.如权利要求8所述的方法,其中所述写元件彼此独立操作。
13.如权利要求8所述的方法,其中所述换能器头进一步包括被配置成同时加热所述两个写元件中的每一个的单个加热元件。
14.如权利要求8所述的方法,其中所述两个写极被分开小于50微米并且大于10微米的距离。
15.一种存储设备,包括:
具有两个写元件的换能器头,所述两个写元件具有不同的写极宽度;以及控制器,用于选择性地接合所述两个写元件中的一个以向存储介质记录写操作的数据,其中所述控制器被配置成利用所述两个写元件中的第一个向所述存储介质的第一组交替的数据磁道写入数据,并且被配置成利用所述两个写元件中的第二个向所述存储介质的第二组交替的数据磁道写入数据。
16.如权利要求15所述的存储设备,其中所述两个写元件中的每一个的写线圈共享共同的引线。
17.如权利要求15所述的存储设备,进一步包括:
加热元件,被配置成朝向空气轴承表面ABS同时加热和热膨胀所述两个写极中的每一个。
18.如权利要求17所述的存储设备,其中所述加热元件进一步包括至少两个串联的电阻器。

说明书全文

双写入器头设计

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求题为“Interlaced Magnetic Recording in HAMR Devices”且于2014年11月24日提交的美国临时申请no.62/083,696、以及题为“Interlaced Magnetic Recording”且于2014年11月24日提交的美国临时专利申请no.62/083732、以及题为“Dual Writer Head Design”且于2015年1月28日提交的美国临时专利申请no.62/108,897的优先权的权益。这些申请中的每一个通过引用具体地结合其公开或教导的所有内容。

背景技术

[0003] 随着对于磁介质,对区域存储密度的需求增加,单元尺寸减小。写元件的尺寸的相称的减小是困难的,因为在许多系统中,需要强的写场(write field)来移动磁化介质上的单元的极性。结果,使用相对较大的写极向磁化介质上较小的单元写入数据可影响相邻单元的极化(例如,覆写相邻单元)。一种用于适配磁介质以利用较小的单元同时防止相邻的数据在写操作期间被覆写的技术是叠瓦式磁记录(shingled magnetic recording,SMR)。
[0004] 相比于传统的磁记录(CMR),SMR允许增加的面密度能(areal density capability,ADC),但是以某个性能能力为代价。如本文中所使用的,CMR是指允许随机数据写入磁介质上的任何地方的可用单元的系统。与CMR系统对比,SMR系统被设计成利用具有大于定义的磁道间距的写宽度的写元件。结果,改变数据磁道内的单个数据单元需要重新写入相应组的叠瓦式(例如,顺序增加或减少的)数据磁道。该效果不利于系统的性能。
[0005] 因此,期望更好的设计来增加存储设备性能,同时实现或改进现有SMR系统的ADC。附图说明
[0006] 图1示出了包括用于在磁存储介质上写入数据的换能器头组件的数据存储设备。
[0007] 图2是从空气轴承表面观察的具有双写元件的示例换能器头的平面图。
[0008] 图3示出了包括两个写元件并且具有不同的写极宽度的另一个示例换能器头的横截面图。
[0009] 图4示出了包括在同一换能器头上的两个写元件的示例示意图。
[0010] 图5示出了包括在同一换能器头上的两个写元件的另一个示例示意图。
[0011] 图6示出了用于利用换能器头上的两个或多个写元件中的一个向存储介质的表面选择性地写入数据的示例操作。发明内容
[0012] 本文中所公开的实现方式提供一种换能器头,该换能器头包括具有不同的写极宽度的两个写元件,这两个写元件被配置成向存储介质的同一表面写入。
[0013] 提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征,也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。通过阅读下面的详细描述,这些以及各种其它的特征和优点将会显而易见。

具体实施方式

[0014] 图1示出了包括用于在磁存储介质108上写数据的换能器头组件120的数据存储设备100。虽然构想其它实现方式,但磁存储介质108在图1中是磁存储盘,可使用磁写极(例如,写极130)将数据位记录在该磁存储盘上并且可使用磁阻元件(未示出)从该磁存储盘读取数据位。如在视图A中所示出的,存储介质108在旋转期间围绕主轴中心或盘旋转轴112旋转,并且包括在其间是许多同心数据磁道110的内直径104和外直径102。可向存储介质108上的数据磁道中的数据位位置写入信息并从中读取信息。
[0015] 换能器头组件120被安装在致动器组件109上,位于致动器旋转轴114的远端处。换能器头组件120在盘旋转期间紧邻存储介质108的表面在上方飞行。致动器组件109在寻找操作期间围绕致动器旋转轴112旋转。寻找操作将换能器头组件120定位在目标数据磁道的上方以用于读和写操作。
[0016] 参考视图B,换能器头组件120包括两个不同的写元件126和128。写元件126和128被示为在跨磁道方向上对准;然而,还构想其它写元件配置。写元件126和128中的每一个包括写极(未示出),该写极将从控制器106发送的一系列电脉冲转换成相称的大小和长度的一系列磁脉冲。当旋转的磁介质108的磁颗粒在脉动的写元件126或128下面通过时,磁脉冲选择性地磁化这些磁颗粒。
[0017] 视图C示出了根据存储设备100的不同写方法和设置的存储介质108的同一表面部分的放大视图150和152。具体地,放大视图150和152包括沿着存储介质108的数据磁道的许多磁极化区域,在本文中也被称为“数据位”。数据位中的每一个(例如,数据位127)表示相同状态的一个或多个单独的数据位(例如,1或0)。例如,数据位129是表示第一状态的多个位(例如,“000”)的磁极化区域,而相邻的数据位127是表示第二状态的一个或多个位(例如,单个“1”)的相反极化的区域。在放大视图150、152中的每一个中的数据位不一定示出单独的系统配置内的位的实际形状或分离。
[0018] 放大视图150示出使用用于传统的磁记录(CMR)的技术所记录的磁转变。在CMR系统中,所有写入的数据磁道是随机可写入的,并且具有基本上相等的写入宽度。数据磁道是随机可写入的,如果它可被单独地重新写入多次而没有导致一个或多个相邻数据磁道上的数据的显著劣化。数据磁道是“显著劣化时”,如果读取该数据磁道导致超过最大数量的错误的许多读取错误,该最大数量的错误可由存储设备的纠错码(ECC)进行纠正。
[0019] 放大视图152示出使用用于交错的磁记录(interlaced magnetic recording,IMR)的技术所记录的磁转变。交错的磁记录利用用略微重叠的边缘排列的不同写入磁道宽度的交替的数据磁道,使得直接相邻的磁道之间的中心到中心距离(例如,磁道间距)在磁介质108的表面上是均匀的。
[0020] 例如,放大视图116示出两个不同写入磁道宽度的交替的数据磁道。一系列的交替的磁道(例如,磁道158、160和162)具有比一系列的交错的数据磁道(例如,164和166)宽的写入磁道宽度。在一个实现方式中,用一个写元件(例如,写元件126或128)写入该一系列的交替的磁道,并且用另一写元件写入该一系列的交错的数据磁道。在该一系列的交错的数据磁道中的窄的且直接相邻的数据磁道(例如,直接相邻的数据磁道164和166)之前写入宽的写入宽度的交替的数据磁道中的每一个。例如,在数据磁道162和160之前写入数据磁道166。数据磁道166的外边缘部分被数据磁道162和160覆写;然而,数据磁道166仍然是可读的。
[0021] 在一个实现方式中,顶部磁道(例如,164、166)具有比底部磁道(例如,158、160和162)低的线密度(例如,在下磁道方向上测量的,每英寸千字节)。其它IMR实现方式利用具有两个以上的不同线密度和/或写入磁道宽度的交错的数据磁道。在一些实现方式中,相比传统的磁记录系统,IMR提供具有较低的可观察的比特误码率(BER)的较高的总的ADC。
[0022] 图2是从空气轴承表面(ABS)观察的示例换能器头200的平面图。换能器头200包括:第一写元件202,该第一写元件202包括具有写极尖端206的主极;以及第二写元件204,该第二写元件204包括具有写极尖端208的主极。如所示,当从ABS观察时,写元件202和204中的每一个围绕中心轴(例如,y轴)是对称的。此外,写元件202和204中的每一个包括写线圈(未示出),该写线圈可从控制器接收一系列的电脉冲,并将传入的电脉冲转换成一系列传出的磁脉冲。磁脉冲通常在远离ABS(例如,离开页面)并朝向相邻的旋转的磁介质的方向上传播。第一写元件202具有第一写极宽度,而第二写元件204具有第二、不同的相应的写极宽度。
[0023] 换能器头200进一步包括第一返回极212、第二返回极(或前屏蔽)210、屏蔽214、侧屏蔽216和读取器组件218。读取器组件218包括被定位在一对读取器屏蔽230之间的读传感器元件220。在图示的实现方式中,读取器屏蔽230中的一个被定位成毗邻第一返回极210并且与该第一返回极210基本上平行,并且读传感器元件220与屏蔽214基本上对准,位于具有写极尖端206和208的第一和第二写入器之间。
[0024] 写极尖端206的周边由前缘222、后缘224以及两个侧壁226和228限定。写极尖端208的周边比写极尖端206的周边稍大。如同写极尖端206,写极尖端208具有由前缘222、后缘224以及两个侧壁226和228限定的周边。虽然构想其它形状,但是写极尖端206和208在形状上是梯形的。在一个实现方式中,写极尖端206和208中的至少一个在形状上是三形的。
例如,写极尖端206可以是梯形的,而写极尖端208是三角形的。应当理解的是,换能器头200的具体特征不是按比例绘制。
[0025] 第一返回极210和第二返回极212被定位成毗邻写极尖端206和208的相应的前缘和后缘,并且由围绕写极尖端206和208中的每一个的电绝缘材料分离。第一返回极212可被耦合至写元件202和204中的每一个的磁轭(未示出),并且通过磁轭与写元件202和204的主极电连接。第二返回极210也可被耦合至写元件202和204中的每一个的磁轭,并且与写元件202和204的主极电连接。在图示的配置中,第一和第二返回极206和208由彼此独立地且非同时地操作的第一写元件202和第二写元件204两者共享。
[0026] 屏蔽214被定位在写极尖端206和写极尖端208之间,并且被连接在第一和第二返回极210和212之间。屏蔽214可被电连接至写元件202和204之一的主极,并且用于将第一写极尖端206从第二写极尖端208磁解耦。在操作中,屏蔽214以及第一和第二写极尖端206和208与写入电流电隔离,该写入电流流过写线圈(未示出)以生成一系列的磁脉冲。
[0027] 图3示出了包括两个写元件302和304的另一换能器头200的横截面图。图示的横截面基本上垂直于换能器头300面向旋转的磁介质309的ABS322。换能器头300包括两个写元件302和304。写元件302和304中的每一个包括主极部分306和308,主极部分306和308包括耦合至磁轭(未示出)的主极元件。写线圈310和312各自环绕相应的主极部分306或308。
[0028] 写元件302和304中的每一个具有不同的写极宽度。如本文中所使用的,术语“写极宽度”是指写极尖端的宽度。例如,写元件302具有拥有第一写极宽度(例如,x方向宽度)的写极尖端320,并且写元件304具有不同的(例如,更小的)第二写极宽度的写极尖端336。第一写元件302的磁轭宽度YW1大于第二写元件304的相应的磁轭宽度YW2。
[0029] 由于写元件302和304的不同尺寸,相比写元件304,写元件302生成较大幅度的磁写入脉冲。换句话说,写元件302具有比写元件304大的写入宽度。如本文中所使用的,术语“写入宽度”是指当磁介质309也静止时可由静止的写元件(例如,302或304)反转极性的磁介质309上的区域的尺寸。例如,写元件302生成具有第一写入宽度的写入脉冲,并且写元件304生成具有第二、较小的写入宽度的写入脉冲的写入脉冲。
[0030] 写线圈310和312被示为各自包括围绕相关联的写极306或308的三。在其它实现方式中,写线圈310和312可包括大于或小于三的许多匝。在一些实现方式中,写线圈310和312包括不等数量的匝数。
[0031] 在图示的实现方式中,换能器头300包括加热元件328,该加热元件328被定位成毗邻写极306和308并且在写极306和308与写极尖端320和336相对的一侧上。加热元件328包括两个减小的直径部分317和318。当准备用写元件302或304中的一个写入数据时,换能器头300的控制器通过加热元件328引导电流(例如,在图3中指示的箭头的方向上)。响应于电流流动,减小的直径部分317和318具有比加热元件328的其余部分大的电阻,并且因此比加热元件328的其余部分加热得多。此局部加热使写极306和308在远离换能器头300的ABS 322并朝向旋转的磁介质309的方向上热膨胀和突出。
[0032] 在操作中,通过两个写线圈314或316中的一个引导写入电流。写入电流进一步激励相应的写极306或308,并且藉此增强相应的写极部分306或308朝向旋转的磁介质309的热突出。因此,通过结合从加热元件328发出的热量以及由流过相应的写线圈314或316的电流所供应的热能,所选的写极部分306或308从换能器头300热突出。在一个实现方式中,加热元件328与换能器头300的ABS隔开小于约20微米的距离。这可能是真的,例如,当写极尖端320和336各自具有在约10微米处或大于约10微米的x方向宽度时。
[0033] 内侧屏蔽330和332起到将写极尖端20和326从磁干扰解耦的作用,而外侧屏蔽334和338起到阻挡外部磁场影响由写元件306和308中的任一个生成的写入场的作用。间隙340起到使内侧屏蔽330与内侧屏蔽332磁隔离的作用。在一个实现方式中,间隙340在约10和100微米之间,并且换能器头300上的写元件306和308之间的间隔在约20微米和150微米之间。
[0034] 在另一实现方式中,换能器头300不包括间隙340,并且内侧屏蔽330和332被互连为单个单元。例如,可特别设计写元件302和304,使得在第一写元件302和第二写元件304之间不存在磁干扰。在这种情况下,不关心限制写极部分306和308的接近。第一写极306和第二写极308之间的间隔可在大约20-150微米的量级。
[0035] 在一个实现方式中,写线圈310和312共享共同的电引线(未示出)。在其它实现方式中,写线圈310和312被集成到分离的电路中。
[0036] 图4示出了在同一换能器头上的两个可独立操作的写元件402和404的示意图400。写元件402、404各自包括分别由相应的写线圈414或416的匝包围的主极部分410、412。写元件402的尺寸随写元件404的相应的尺寸而变化,使得写元件404具有比写元件402的写入宽度大的写入宽度。
[0037] 具体地,主极部分410具有比主极部分412的相应的磁轭宽度YW2大的磁轭宽度YW1。另外,写元件402具有比写元件404的写极宽度(例如,极尖端436的x方向宽度)大的写极宽度(例如,极尖端420的x方向宽度)。
[0038] 写线圈414和416各自电连接到共同的接地(ground)422。因此,存储设备的控制器可选择性地使电流独立于另一写线圈地运行通过写线圈414或416中的任一个。
[0039] 另外,换能器头包括加热元件418,该加热元件418包括一系列的电阻加热器422和424以及加热器驱动器426。电阻加热器422和424中的每一个被定位成毗邻写元件402或404中的一个。当电流流过热电阻加热元件422和424时,局部加热引起写元件402和404在远离换能器头的ABS的方向上的相应突出。
[0040] 当写入电流运行通过写线圈414或416中的一个时,电流增强相关联的写元件402或404在ABS处的热突出。因此,通过结合从加热元件414发出的热以及由流过相应的写线圈414或416的电流所供应的热能,所选的写元件402或404从换能器头热突出。
[0041] 图5示出了包括在同一换能器头上的两个写元件504和506的示意图500。写元件502、504各自包括分别由相应的写线圈514和516的匝包围的主极部分510、512。写元件502的尺寸随写元件504的相应的尺寸而变化,使得写元件504具有比写元件502的写入宽度大的写入宽度。具体地,主极部分510具有比主极部分512的相应的磁轭宽度YW2大的磁轭宽度YW1。进一步,写元件502具有比写元件504的写极宽度(例如,极尖端536的x方向宽度)大的写极宽度(例如,极尖端520的x方向宽度)。
[0042] 写线圈各自电连接到共同的接地530。因此,存储设备的控制器可选择性地使电流独立于另一写线圈地运行通过写线圈(514或516)中的任一个。例如,控制器可经由双向开关(未示出)选择性地将电流引导通过两个电流路径中的一个。在另一个实现方式中,写线圈514和516被集成到不同的电路中,并且因此不共享电引线。
[0043] 另外,示意图500包括加热元件518,该加热元件518包括可独立控制的第一和第二电阻加热器522和524。第一电阻加热器522被定位成毗邻第一写元件506,并且被电连接在双向开关528的第一极和共同的接地530之间。电阻加热器524被定位成毗邻第二写元件508,并且被电连接在双向开关528的第二极和共同的接地530之间。
[0044] 当电流流过热电阻加热元件522和524时,局部加热引起相应的写元件506或508远离换能器头的ABS并朝向旋转的磁介质(未示出)的热突出。当写入电流流过写线圈514或516中的一个时,电流增强相应的写元件506或608朝向旋转的介质的热突出。
[0045] 图6示出了用于利用换能器头上的两个或多个写元件中的一个向存储介质的表面选择性地写入数据的示例操作600。选择操作605响应于写命令的接收而选择多个写元件中的一个以写入数据。在多个写元件之间的选择可基于例如由存储设备控制器或主计算机提供的传入数据的目标地址。
[0046] 引导操作610引导写入电流通过所选的写元件的写线圈。在一个实现方式中,换能器头上的两个或多个写元件共享共同的引线。例如,两个写元件可电连接到同一接地。
[0047] 加热操作615导致加热元件使所选的写元件在ABS处朝向相邻的旋转的磁介质热膨胀。取决于实现方式,加热操作615可加热多个写元件中的一个或多个。例如,加热操作615可使电流流过多个局部加热元件(诸如由共同的接地分离的两个电阻器)中的专有的一个(exclusively one)。替代地,加热操作615可同时使电流流过多个局部加热元件,导致多个写元件中的两个或多个的基本上相等且同时的加热。
[0048] 前面的说明、示例和数据提供了对所公开的技术的结构和示例性实施例的使用的完整说明。由于可不背离所公开技术的精神和范围地构思出所公开技术的许多实施例,因此所公开的技术落在所附权利要求书的范围内。此外,不同实施例的结构特征可结合到又一实施例中而不背离所引述的权利要求的范围。
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