磁阻传感器的致动器和文件级初始化

本发明一般地涉及磁记录系统，尤其是这种记录系统在制造和 组装过程中磁阻读出传感器的初始化。

磁盘驱动器是通过磁化将数据记录在磁性存储介质上以存储信 息的信息存储设备。一个磁盘驱动器一般地应用一个或一个以上可 旋转的磁盘介质、一个传感器和一个磁头定位致动器，磁盘介质在 每个磁盘的一个或两个表面上形成同心数据磁道保存所记录的信 息，传感器用于从不同的数据磁道中读出数据或写回数据，磁头定位 致动器与磁头或磁头组相连，在读写过程中将磁头定位到期望的数 据磁道上并保持在磁道中心线上。磁头附着在或做在空气轴承浮动 块的表面上，空气轴承浮动块由旋转磁盘产生的气垫支撑着接近于 磁盘介质的数据表面。浮动块借助一个悬架组件与磁头定位致动器 的支撑臂相连。

众所周知，在现有技术中，使用磁阻读出器来感应或读出磁记录 数据。同样也是众所周知的即在MR感应元件中必须提供纵向和横 向两个偏磁场来消除Barkhausen噪声并保持MR读出器在其最线 性的操作范围中。共同转让的美国专利4,024；489；5,079,035；3, 840,898和4,103,415讨论并公开了MR读出器，其中各种偏离方 案应用硬或软的磁性材料和交换偶合提供MR元件要求的横向和 纵向偏磁场。例如，美国专利5,079,035公开了一个MR读出器，其 中一个铁磁体MR元件仅延伸到读出器的中心、活动区。在每个读 出器的末端区域提供了一层硬磁性材料形成与MR元件末端的端 接接合，在与磁介质磁盘表面平行的读出器平面上提供一个纵向偏 磁场。读出器的中心活动区域包括MR元件、一个非磁性隔离层和 一个为MR元件提供横向偏磁场的软磁层。

磁性传感器运用薄膜淀积技术制造、一般包括一个与一个电感 写入传感器组合的MR读出传感器来进行记录和重现数据。磁性传 感器是在一个晶片上以批处理方式制造的，该晶片随后被切割成单 独的浮动块，在浮动块末端表面上形成传感器。切割过程也包括在 行级附加的批处理为浮动块形成空气轴承表面。当单独的浮动块组 装完成时，每个浮动块随后连接到一个悬架组件上并且悬架组件连 接到磁头致动器组件的支撑臂上，磁头一般地以称为磁头组或致动 器磁头组的垂直构造方式安装。

完整的致动器组件随之与其他元件如磁介质磁盘组装形成一个 磁盘驱动器。在某种意义上讲，在制造/组装过程中，MR读出器必 须在最佳方向上，一般地与其纵向轴线和磁盘表面平行，通过MR 读出器施加一个磁场来初始化。随着该初始化过程，MR读出器如 前所述的制造和组装过程中可能受到各种产生于加工的压力。这些 压力往往降低MR磁头组的磁性。对磁性已降低的磁头组，在大多 数情况下，这样加工之后，要对MR磁头重初始化以恢复磁头也就 是使磁头恢复到适当的磁性状态。常规MR磁头和磁盘驱动器设计 典型地安装一对浮动块以便在磁盘介质相反一侧的MR磁头组具 有相反的初始化方向。基于此原因和实际磁铁设计上的局限性的原 因，一个在致动器组件上的MR磁头不能重新初始化而不反向初始 化其相邻磁头。这样随后对致动器组件导致的加工损害未被处理就 会导致性能降低甚至磁盘驱动器故障。

因此，本发明的一个主要目的是提供一种MR磁头设计，该设 计中的初始化磁场和读出器电流对所有在致动器组件中的磁头具有 相同的方向，这样允许致动器磁头组中的所有MR磁头同时初始化 或重新初始化。

与本发明的原理一致，组装在致动器磁头组中的每个MR磁头 具有与在致动器磁头组(相对于致动器组件的参考框架)中的其他 MR磁头相同的读出器电流方向。因为初始化磁场的方向是读出电 流方向的函数，所有MR磁头具有相同的初始化磁场方向。这样一 个大的均匀的磁场能用来同时初始化所有在致动器组件中的MR 磁头。进而，采用适当的磁铁设计，MR磁头甚至能够在致动器组件 已经安装在磁盘驱动器的情况下初始化。相对的MR磁头的读出电 流方向可以在制造过程中在晶片级由悬架布线的设计或在磁头电子 模板设计中，或在磁头引线设计中来选择。

本发明上述的和其他目的、特点和优点将在下面对发明的最佳 实施方式的详细描述中清楚地看到，参照相应的附图，其中相同参考 数字表示相同部分：

图1是实施本发明的一个磁盘存储系统的简化框图；

图2是致动器组件透视图，显示了致动器磁头组中浮动块和相 连的传感器的组装情况；

图3是常规磁阻读出传感器的横截面图；

图4A和4B图示了图3所示MR磁头的偏磁场和感应电流方 向；

图5图示了在现有技术中致动器磁头组组件中MR磁头中的 感应电流方向和相关的初始化磁场方向；

图6图示了根据本发明原理的致动器磁头组组件中MR磁头 的感应电流方向和相关的初始化磁场方向；

图7是悬架的MR磁头的俯视图，它显示了现有技术初始化过 程；

图8是根据本发明原理的如图2所示的致动器磁头组组件致动 器的初始化的透视图；

图9a、9b和9c是简化的原理图，显示了根据本发明原理的 MR读出器读出电流和写入电流电路图的最佳实施方式。

现在参考图1和2，尽管本发明被描述为图1所示磁盘存储系 统的实施，但显而易见本发明对其它的磁记录系统诸如磁带存储系 统亦适用。

至少一个可旋转磁盘12受轴14的支撑并在磁盘驱动马达18 驱动下旋转。每个盘上的磁记录介质至少在磁盘12的一个表面上构 成环状的同心数据磁道(未画出)。至少一个浮动块13定位于磁盘 12上，每个浮动块13支撑一个或一个以上的磁性读/写传感器21， 一般称之为读1写头。一般至少一个读/写头被支撑着接近于磁盘 12的每个表面。在磁盘旋转时浮动块沿磁盘表面22径向移动以便 磁头21能存取记录着目的数据的磁盘的不同部分。每个浮动块13 借助悬架15连到一个致动器臂19上。悬架15提供一个轻微弹力使 浮动块13离开磁盘表面22。每个致动器臂19连接到一个致动器装 置27上。如图1所示的致动器装置可以是音圈马达(VCM)。VCM 包括一个可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度可由 控制器产生的马达电流信号控制。

在磁盘驱动系统操作过程中，磁盘12的旋转在浮动块13和对 浮动块产生向上的作用力的磁盘表面22之间产生一个空气轴承。空 气轴承就与悬架15的轻微弹力平衡并支撑浮动块在操作过程中稍 微向上离开磁盘表面一个小的，固定不变的间隙。磁盘驱动器存储 系统的各种部件在操作中由控制单元29产生的控制信号如访问控 制信号和内部时钟信号控制。一般地控制单元29包括如逻辑控制电 路、存储装置和微处理器。控制单元29产生控制信号如在线23上的 驱动马达控制信号和线28上的磁头定位和搜寻控制信号来控制各 种系统操作。线28上的控制信号提供期望的电流曲线使选中的浮动 块13最优移动并定位到期望的相关磁盘12上的数据磁道。读写信 号借助记录通道25与读写头21通讯。

以上对典型磁盘驱动器存储系统的描述和附图1中的图示只 是为了说明的目的。显而易见，磁盘驱动器系统可包括很多个磁性 存储盘，每个磁盘有一个与其每个表面相连的浮动块，并且每个浮 动块支撑一个或多个读写头。如图2所示每个浮动块13与其悬架 15相连，悬架15依次与一个驱动器支撑臂19相连。致动器支撑臂 19与音圈马达27相连。一般地，音圈马达和驱动器支撑臂连接于枢 轴组件相对的两侧枢轴组件可以旋转地安装在与磁盘存储系统外壳 (未画出)相连的枢轴支柱上。浮动块和与之相连的读/写磁头的设 置、悬架及支撑臂形成一个组件，一般称之为一个致动器磁头组。在 磁头组中，浮动块以13a、13b为一对分组，每一对支撑在磁盘12的 相反的两面，图5中称之为上磁头和下磁头。由浮动块13支撑的读 写传感器21包括一个电感写磁头和一个磁阻读磁头。

参看图3，共同转让的美国专利4,663,685，描述的MR读磁头 或读出器包括一个扩展到整个MR磁头30的MR元件32。在传感 器末端区域36形成一个硬磁性材料的纵向偏磁层43用来在MR元 件32上提供纵向偏磁场。一个由一层薄的非磁性分隔层42与MR 元件32隔离的软磁性材料的横向偏磁层38在读出器30的中心， 活动区域44提供一个横向偏磁场。读数据信号是通过位于纵向偏磁 层43之上的导线导体46之间的空隙限定的中心、活动区域44读 出的。恒定电流I通过一个电流源(未画出)供给MR读出器，电流I 提供一个经过MR元件32的读出电流IS和一个偏磁电流IB，IB经 过横向偏磁层38。

为了提供适当的操作，MR读出器必须初始化来将MR元件 32的中心活动区域设置成单磁畴状态。为了初始化MR读出器， MR读出器被施加一个具有适当朝向，(即方向)和量的磁场。初始 化磁场使中心活动区域变成一个与外加磁场一致的单畴状态。如上 所述的MR读出器参见图3，初始化亦调整硬磁纵向偏磁层43产生 的偏磁场。在一个最佳实施方式中，初始化磁场向量与MR读出器 纵向轴线和磁盘平面平行。

参考图4A和4B，图中显示了在浮动块13的垂直表面31上形 成的MR读出器30并显示了电流I、初始化磁场H和偏磁场之间的 关系。为简单起见，只画出了MR元件32和横向偏磁层38。在图 4A中画出的MR读出器电流I从左到右通过，而初始化磁场H的 方向从左到右。随着读出电流I从左到右流过，在横向偏磁层38中 的偏磁电流IB在由箭头33所指的横向偏磁层中产生一个磁场。横向 偏磁场33与初始化磁场H组合使MR元件32中的磁场方向偏离 成如图中箭头35所指：如图4B所示如果MR读出器电流I方向反 向即从右到左，则初始化磁场H亦必须反向并且偏磁场亦将反向。 这保证了MR磁头微磁性在两种电流配置下是同一的(即对称的)。 对一些偏离方案，在偏磁场或磁头配置上可能要求另外的或不同的 变化，以便当读出电流I反向时获得对称磁性能。

参考图5给出了两对支撑位于磁盘12相反两侧的读/写头并包 含一个磁头组(如图2所示)的浮动块13a、13b。为简化起见，浮动块 悬架和致动器组件的其余部分未画出。为了便于说明分别称一对浮 动块13a、13b为上磁头和下磁头。上磁头与磁盘12的上表面相邻 悬浮，而下磁头与磁盘12的下表面相邻悬浮。在常规磁头和磁盘驱 动器制造过程中，所有的磁头为正偏压操作而初始化，亦即如图4 所示读出器电流I从左到右流过而初始化磁场H的方向从右到左。 MR磁头可在批处理中在晶片级或更低级初始化，或两个磁头在此 过程随后的某个时间单独初始化，例如如图7所示，在与悬架15 连接之后。因为所有磁头都是为正偏压操作而初始化，先于磁头组 中的组件，当磁头和浮动块在致动器组件中组装时，相对于如图5 中所示的致动器框架相邻磁头将使读出器电流I和初始化磁场H 方向相反。这样在磁头组组装之后任何重新初始化单磁头的尝试将 导致相邻磁头以错误方向初始化。

参考图6，画出了组装在一个磁头组中、支撑与磁盘介质12的 相反表面相邻的读/写头的两对浮动块13a、13b(磁头组如图2所 示)。与图5相似，未画出悬架和致动器组件。根据本发明原理，对于 上磁头和下磁头二者的致动器，MR读出器电流I和初始化磁场H 具有同一方向。这样例如对于致动器相邻的磁头13b、13a就使读出 器电流I和初始化磁场H具有相同的方向。在本发明中，磁头组中 的一个或一个以上的单独的磁头就可被重新初始化而不干扰相邻 磁头的初始化。例如，如图8所示，如果有必要重新初始化磁头组中 的一个或一个以上的磁头13a、13b，整个致动器组件被磁铁53的 大的均匀磁场初始化。而磁铁53可以是具有所要求的结构的永磁 铁来产生所需磁场，更典型的是磁铁53包含一个电磁铁。

继续参考图4A、4B和6，为了提供一个磁头组组件其中相邻磁 头使读出电流I和初始化磁场H具有相同方向，没有必要先于初始 化过程识别并分离上磁头、浮动块13a和下磁头、浮动块13b。初始 化过程直到MR磁头在一个致动器磁头组组件中组装好后才完成。 而为了测试或其他目的，MR磁头可在某一方面先于致动器的组装 而初始化，当上或下磁头在致动器磁头组组件中组装并且最后的初 始化完成时，相邻磁头将使它们初始化磁场H朝向同一方向。

再参考图9A、9B和9C，对于相邻的磁头为了保证MR读出器 电流I具有相同方向，有必要如图4B所示为下磁头、浮动块13b提 供反向读出器电流。图9A是一个简化框图显示了如为上磁头、浮动 块13a提供的正常的或正向的读出器电流。恒定电流I是由电流源 61通过导线63提供给MR读出器，在此用电阻13a表示。由导线69 连接的线圈67a表示将数据写到磁盘12上的上磁头写入线圈。由 曲线73a表示的写电流脉冲IAE-W作用于写线圈67a在介质12上 产生磁变换75。如图，写电流脉冲的上升沿产生一个正磁变换75， 同时写电流脉冲的下降沿产生负磁变换77。MR读出器通过其电阻 的改变作为施加于MR读出器的磁场变化的一个函数响应或读出 一个磁变换。因为MR读出器有一个通过它的恒定电流，对磁场变 化的响应是通过MR读出器VAE-MR电压下降的变化，由曲线71a表 示。由MR读出器产生的电压信号是通过MR读出器的读出电流Is 的方向和在介质上的磁变换75、77的极性的一个函数。通过MR 读出器变化的电压信号由运算放大器62检测到，运算放大器62给 磁盘驱动器信号处理电路(未画出)提供一个输出信号。相似地磁性 介质上的磁变换75、77的极性是通过写线圈67a的电流方向的一 个函数。对如图9A所示的正偏压操作写脉冲的上升沿产生一个正 磁变换75，其当由MR读出器读出时依次产生一个正电脉冲。

图9b显示了反向电流操作的电路图。电流源61给MR读出器 13b提供读出电流I。然而在电流源61和MR读出器13b之间的导 线65反向以提供流过MR读出器的电流，其电流方向与图9A中 电路产生的电流方向相反。这样当在致动器磁头组中组装时，使下 磁头13b的读出电流I同致动器上磁头13a有相同的方向。然而，因 为通过MR磁头中的电流方向相反，由下磁头为磁变换产生的电压 信号与由上磁头为相同极性磁变换产生的电压信号相反，如曲线 71b所示。在图9b所示的电路中，下磁头的写线圈67b与写电路连 接，以便通过线圈67b的电流方向与通过上磁头写线圈67a的电流 方向相同。这样在磁介质中下磁头的写脉冲产生的磁变换75、77与 在磁介质中上磁头中的写脉冲产生的磁变换是一致的。结果是由下 磁头的MR读出器13b读出的数据信号的极性相对于由上磁头读 出的MR信号的极性相反。同时在上磁头的数据信号与下磁头的数 据信号之间的极性的不同不是一个问题，它会在数据信号处理电路 中解释说明。

图9c显示了下磁头13b反向偏转操作电路的第二个实施方 式。与图9b所示相似，电流源61和MR磁头13b之间的导线65被 反向以产生通过MR磁头13b的反向电流。然而下磁头写线圈67b 亦反向其导线69以提供通过写线圈67b的电流，其方向与上磁头写 线圈67a中的电流方向相反。这样，因为写电流产生的磁变换的极性 是通过写线圈的电流方向的一个函数，则由写脉冲的上升沿产生的 磁变换77是负极性，而写脉冲的下降沿产生一个正极性磁变换75。 较低的MR读出器13b对反向电流的响应与上磁头对正向电流操 作的响应是对称的(即一致的)。

本发明已经参照一种最佳实施方式进行了具体图示和和描述， 当然在现有技术水平下，可能产生形式和细节上的各种变化，而不超 出本发明在附加的权利要求书中定义的实质和范围。