CN101162585B - 磁头及磁带驱动系统 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例的磁头包括一个读取器阵列，每个读取器具有轨道宽度，其中阵列的内侧读取器的轨道宽度大于相对的外侧读取器的轨道宽度。根据另一个实施例的磁头包括一个读取器阵列，每个读取器具有轨道宽度，其中至少一些读取器的轨道宽度在沿阵列从阵列中间朝阵列末端的方向逐渐减小。

Description

磁头及磁带驱动系统
技术领域
本发明涉及一种数据存储系统，更具体地，本发明涉及一种具有可变磁道宽度的读取器的磁头。
背景技术
商业、科学和娱乐领域依赖于处理和记录数据的计算系统。在这些领域中，常常将大量数据存储或转移到永久性存储介质，例如磁盘、磁带、光盘、软盘或可光读软盘。通常，磁带是数据存储或存档的最经济、方便和可靠的手段。
存储技术的持续发展使存储容量和存储可靠性提高。磁存储介质的磁存储密度的提高，例如，是由于存储介质材料的发展、纠错技术的进步以及区域位元大小的减小，导致磁存储介质的数据存储密度提高。例如，半英寸磁带的数据容量，当前测量的是几百GB。
由于用于读取磁存储介质上的数据以及将数据写到磁存储介质上的磁头组件的改进，磁介质数据存储容量得到大幅度提高。换能器技术的主要进步是随着IBM公司最初开发的磁电阻(MR)传感器出现的。最近开发了使用GMR效应的传感器。AMR和GMR传感器将磁场变化转换成电阻变化，经过处理后产生数字信号。对于给定的读取传感器宽度，AMR和GMR传感器提供的信号水平高于从传统感应读取头得到的信号水平，使读取器宽度可以更小，从而单位英寸的轨道更多，数据存储密度更高。此外，传感器输出信号仅仅取决于存储介质中的瞬时磁场强度，并与相对传感器/介质速度产生的磁场时间变化率无关。在工作时，磁存储介质，例如磁带或磁盘表面，经过磁读/写(R/W)头组件，从其上面读取数据，以及将数据写在上面。
通过增大横过磁带的数据轨道数量，可以增大存储在磁带上的数据量。通过减小读取器和写入器的特征尺寸，例如，通过使用薄膜制备技术以及MR传感器，可以形成更多的轨道。但是，读取器和写入器的特征尺寸不能任意减小。诸如横向磁带瞬时运动和磁带横向膨胀和收缩等因素必须用读取器/写入器尺寸平衡，读取器/写入器尺寸提供了可以接受的书写轨道和读回信号。一个限制磁录密度的特殊问题是由磁带横向膨胀和收缩引起的不重合。由于湿度、磁带张力、温度等变化导致的膨胀和收缩，磁带宽度变化高达0.1％。
因此，虽然读取器/写入器阵列宽度未变，但磁带的数据轨道间距随磁带膨胀和收缩而变。理想上，读取器轨道宽度与被读取的数据轨道宽度一样，这将提供最好的信号。但是，传感器轨道宽度不能制成与数据轨道一样宽，因为传感器在磁带膨胀或收缩和/或由于磁带和磁头之间的横向不重合时将读取相邻轨道。因此，读取器宽度目前设计成基本小于数据轨道宽度，以及在给定磁头中的所有读取器具有相同轨道宽度。读取器轨道宽度的选择用于适应最差情况，即，设计者在确定读取器轨道宽度时考虑最大膨胀/收缩和横向不重合，从而每个传感器在任何时间都在给定轨道上。图1A-1C表示磁带横向膨胀和收缩对读取器相对其位置的影响。图1A表示磁头100相对磁带102，其中磁带具有额定宽度。如图所示，读取器104对准磁带102上的数据轨道106。图1B表示磁带横向收缩影响。如图所示，最外侧读取器108沿外数据轨道外边缘定位。图1C表示磁带横向膨胀的影响。如图所示，最外侧读取器108沿外数据轨道的内边缘定位。因为所有读取器104具有相同宽度，从每个读取器读回信号水平通常相同。
一种补偿磁带横向膨胀和收缩的方案是方位角地旋转磁头到静名义角(static nominal angle)，接着进行小角度调节，使突出读取器跨度对准磁带的轨道。此方案表示在图2A-2C中。图2A表示磁头200相对磁带202，其中磁带具有额定宽度。如图所示，读取器204对准磁带202上的数据轨道206，磁头旋转了角度θnom。图2B表示磁头200旋转的角度大于θnom，用于补偿磁带横向收缩。图2C表示磁头200旋转的角度小于θnom，用于补偿磁带横向膨胀。此方案的问题是静旋转导致与走偏相关的不重合，这一般是复杂的并难以实现。例如，旋转磁头的构成必须不操纵磁带，等等。
发明内容
一种根据本发明一个实施例的磁头，包括一个读取器阵列，每个读取器具有轨道宽度，其中阵列的内读取器的轨道宽度大于相对于其的外读取器的轨道宽度。
根据本发明另一个实施例的磁头包括一个读取器阵列，每个读取器包括轨道宽度，其中至少一些读取器的轨道宽度沿着阵列从阵列的中间到阵列末端的方向逐渐减小。例如，读取器的阵列宽度可以从阵列最内侧读取器到阵列最外侧读取器逐渐减小。轨道宽度可以从最内侧读取器到最外侧读取器按线性比例变化。轨道宽度也可以从最内侧读取器到最外侧读取器按非线性比例变化。在另外的实施例中，一套相邻的读取器每个具有大致相同的轨道宽度，至少有三套读取器。
最内侧读取器可以具有与适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道至少相同的宽度，但优选地，具有小于该磁带写入数据轨道宽度的轨道宽度。最外侧读取器可以具有任何所需的轨道宽度，在一个例子中，轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带的轨道间距的0.6倍。
一个或多个伺服读取器可以定位在读取器阵列外侧。写入器也可以存在于磁头上。
一种磁带驱动系统，包括如上所述的磁头，使磁性记录带经过磁头的驱动机构，以及与磁头相通的控制器。磁头还可以包括一个或多个模块，其中读取器形成在一个或多个模块上。
在结合附图时，从以下通过例子解释本发明原理的详细描述中，本发明的其它方面和优点将变得明显。
附图说明
为了更彻底地理解本发明的性质和优点，以及使用的优选方式，下面将参考结合附图进行以下详细说明。
现有技术图1A-1C表示传统磁带头的磁带横向膨胀和收缩的影响；
现有技术图2A-2C表示传统磁带头的旋转，用于补偿磁带横向膨胀和收缩的影响；
图3是根据本发明一个实施例的磁带头的磁带支承表面图；
图4是图3中的圆圈4的放大图，表示出根据本发明一个实施例的读取器阵列；
图5是具有根据本发明另一个实施例的读取器阵列的磁带头的磁带支撑表面；
图6是具有根据本发明另一个实施例的读取器阵列的磁带头的磁带支撑表面；
图7是磁带驱动系统的示意图；
图8表示可以按本发明内容实现的平面重叠(flat-lapped)双向二模块磁带头。
具体实施方式
以下描述是目前用于执行本发明的最佳方式。此描述是为了解释本发明一般原理而给出的，并不意味着限制权利要求限定的本发明概念。而且，这里所述的具体特征可以在每一种不同可能组合和排列中与其它所述特征结合。
在附图中，相同和等价零件在所有各个附图中用相同数字表示。
本发明包括多轨磁头，其中根据读取器轨道宽度在磁头中的位置调节读取器轨道宽度，从而使轨道覆盖最大，不重合最小。使用可用的磁头以及通道技术，可以有利地实施本发明，而不需要复杂的机构，等等。
图3和4一起表示根据本发明一个实施例的磁头300，其中读取器302的轨道宽度TW根据其在读取器阵列中的位置而按比例变化。为了解释，用虚线表示磁带350。磁带具有数据带0、1、2、3。伺服数据352是出厂写在磁带350上。在Linear Tape Open(LTO)中，写入5个伺服图案，从而形成4个数据带0、1、2、3。每个数据带具有多个数据轨道，例如64轨道、128轨道等。每个数据带目前在LTO中是2.9mm宽，但可以是任何宽度。类似地，伺服轨道是0.19mm宽，但可以更大或更小。图示的说明性磁头300具有16个读取器302，但可以具有更多(例如24、32、40)或更少。每个读取器通常包括传感器以及围绕传感器的屏蔽。传感器可以是任何类型传感器，包括但不限于巨磁电阻(GMR)传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、磁隧道结(MTJ)传感器，等等。
在工作时，伺服读取器304读取磁带350上的伺服轨道352。控制器分析伺服读回信号，并将磁头300定位在相对磁带350的适当位置，从而读取器302或写入器360处于磁带350的适当数据轨道上。如果磁带350膨胀，最外侧读取器306可以与数据轨道内侧边缘相邻，而最内侧读取器308对准中间数据轨道的中心。伺服控制器确定如何将最内侧读取器308定心在中间数据轨道上。特别是，伺服读取器304与伺服轨道相比具有非常小的轨道宽度，并且控制器根据伺服读回信号确定磁头300相对磁带350的横向位置。
因此，最内侧读取器308可以非常接近中心对准内数据轨道，因为磁带横向膨胀和收缩对数据轨道相对最外侧读取器/写入器的位置具有非常大的影响。朝数据带中心，磁带横向膨胀对轨道/读取器不重合影响很小。因此，朝阵列中间可以将读取器302做得较宽，从而提供具有信号与介质噪音比较大的改进信号。
继续参看图3和4，内读取器，优选地包括至少最内侧读取器308，比至少一些外读取器具有较宽的轨道宽度，这些外读取器是处于内读取器和阵列末端之间的读取器，并包括在此实施例中与伺服读取器304相邻的最外侧读取器306(见图3)。例如，最外侧读取器306的轨道宽度可以在磁带上设置为传统设计磁头的数值，例如，0.25到0.6倍轨道间距。其余读取器302的轨道宽度从最内侧读取器308到最外侧读取器306逐渐减小。优选地，读取器302之间的间距(中心到中心的距离)在读取器阵列上是均匀一致的。
逐渐变窄的读取器宽度减小了由于错轨和磁带宽度变化造成的不重合。一些磁带的磁带横向膨胀约为1200ppm。因此，对于目前的16通道LTO磁头，其中最外侧轨道分开2.5mm，磁带膨胀影响在最外侧读取器306达到3.0μm，或者每个轨道1.5μm。这意味着最内侧读取器308可以大约宽出这个数值，因为这些读取器308可以精确地定位在给定磁带卷的中心数据轨道上，此时所有16个磁头同时将轨道写在磁带上。较宽的读取器提供较低的噪音信号。特别是，使最内侧读取器308的轨道宽度较宽，可以提高SMNR(信号与介质噪音比)，提高的数值正比于将来产品中的中心轨道读取器轨道的平方根，其中写入轨道间距达到2-3μm。一个优选的实施例的读取器轨道宽度从最宽的最内侧读取器308到最窄的最外侧读取器306按线性比例变化。
本发明的另一个实施例的读取器轨道宽度从最宽的最内侧读取器308到最窄的最外侧读取器306按非线性比例变化。图5表示一种磁头300，其中读取器轨道宽度从最内侧读取器308到最外侧读取器306更明显地逐渐减小。在图示的实施例中，每个读取器宽度小于其内侧相邻读取器14％。在此例子中，朝较窄读取器的变化更快，因此更加稳妥。
本发明的另一个实施例，如图6所示，具有读取器302的相邻系列602、604、606、608、610，使读取器轨道宽度在一个给定系列中是相等的，而给定系列的轨道宽度从最内侧系列602到最外侧系列606、610减小。此实施例是基于加工考虑选择的。
优选地，最内侧读取器308的轨道宽度仍小于写入数据轨道宽度，磁带横向瞬时变化不形成不重合。注意，读取器302在相邻数据轨道上的一些重叠是允许的，如同在具有过滤和/或实施反褶积(deconvolution)方案的实施例。因此，一些读取器轨道宽度可以与写入轨道宽度一样大，或大于写入轨道宽度。
在上述的磁头中，写入器也可以以背负式结构、插入式结构等结构存在。任何存在的写入器可以是标准的写入器，可以都具有相同轨道宽度。
图7表示可以在本发明内容中使用的简化磁带驱动器。虽然图7表示了一个磁带驱动器的特殊实施例，但应该注意的是，前面附图的实施例可能在任何类型磁带驱动系统的结构中实施。
如图所示，磁带供应筒720和卷取轴721用于支撑磁带722。这可以形成可拆卸磁带盒的一部分，并且不是必须为系统的一部分。导向件725引导磁带722经过一个优选的双向磁头726，其类型是这里描述的。接着，该磁头726通过读写电缆730连接到控制器728。然后，控制器728控制磁头功能，例如伺服跟随、写入、读取等。启动器732控制磁头726相对磁带722的位置。控制器728可以包括处理器734，例如ASIC、微处理器、CUP等，用于执行任何上述所述的功能。
磁带驱动器，例如图7所示的，包括驱动磁带供应筒720和卷取轴721的驱动电机，使磁带722在磁头726上线性运动。磁带驱动器还包括读/写通道，用于将数据传送到磁头726并记录在磁带722上，以及接收由磁头726从磁带722上读取的数据。还提供接口，用于磁带驱动器与主机(内部或外部)之间通讯从而发送和接收数据，以及控制磁带驱动器的工作，并将磁带驱动器的状态传送到主机，本领域一般技术人员可理解所有这些方面。
图8表示可以按本发明内容实施的平面重叠双向二模块磁带磁头800。如图所示，磁头包括一对基底802，每个基底802装有模块804。基底通常是“U梁”，是用粘结剂连接在一起的。每个模块804包括衬底804A和盖804B，读取器和写入器806位于二者之间。在使用时，磁带808按图示方式沿着磁带支承表面809在模块804上运动，利用读取器和写入器806读取磁带808的数据以及将数据写入磁带808。
标准制造技术可以用于制造轨道宽度不同的读取器。例如，传感器本身的检测部分的物理宽度可以在本发明的某些实施例中限定轨道宽度。例如，当在光刻法过程中限定读取器传感器有效宽度时，调节掩模尺寸限定所需的读取器轨道宽度。在本发明的其它实施例中，可以研磨完全的或接近完全的传感器堆叠，从而减小传感器的物理宽度。在本发明的其它实施例中，通过与片覆盖(tab overlays)反并联，可以钉扎传感器自由层的末端，从而在自由层的钉扎部分之间形成有效轨道宽度。在本发明的另一个实施例中，通过与片覆盖反铁磁连接可以钉扎传感器自由层的末端，从而形成自由层钉扎部分之间的有效轨道宽度。这些实施例仅仅表示出可以限定轨道宽度的很多可能方式的几个例子。
虽然上面已经描述了多个实施例，但应该理解的是，它们仅仅是以例子的形式给出的，而不是限制性的。因此，优选实施例的广度和范围并不受任何上述例证性例子限制，而是仅仅受权利要求及其等价条款的限定。

Claims (35)

1.一种磁头，包括：
读取器阵列，每个读取器具有轨道宽度，其特征在于阵列的内侧读取器的轨道宽度大于相对于它的外侧读取器的轨道宽度。
2.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于读取器的轨道宽度从阵列最内侧读取器到阵列最外侧读取器逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的磁头，其特征在于轨道宽度从最内侧读取器到最外侧读取器按线性比例变化。
4.根据权利要求2所述的磁头，其特征在于轨道宽度从最内侧读取器到最外侧读取器按非线性比例变化。
5.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于成套的相邻读取器每套具有大致相同的轨道宽度，至少具有三套读取器。
6.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于最内侧读取器的轨道宽度等于或大于适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道的宽度。
7.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于最内侧读取器的轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道的宽度。
8.根据权利要求1所述的磁头，其特征在于最外侧读取器的轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带的轨道间距的0.6倍。
9.根据权利要求1所述的磁头，还包括位于读取器阵列外侧的至少一个伺服读取器。
10.根据权利要求1所述的磁头，还包括写入器阵列。
11.一种磁带驱动系统，包括：
根据权利要求1所述的磁头；
使磁记录带经过磁头的驱动机构；以及
与磁头联接的控制器。
12.一种磁头，包括：
读取器阵列，每个读取器具有轨道宽度，其特征在于至少一些读取器的轨道宽度在沿着阵列从阵列中间朝阵列末端的方向逐渐减小。
13.根据权利要求12所述的磁头，其特征在于轨道宽度从最内侧读取器到最外侧读取器按线性比例变化。
14.根据权利要求12所述的磁头，其特征在于轨道宽度从最内侧读取器到最外侧读取器按非线性比例变化。
15.根据权利要求12所述的磁头，其特征在于阵列的最内侧读取器的轨道宽度等于或大于适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道的宽度。
16.根据权利要求12所述的磁头，其特征在于阵列的最内侧读取器的轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道的宽度。
17.根据权利要求12所述的磁头，其特征在于阵列的最外侧读取器的轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带的轨道间距的0.6倍。
18.根据权利要求12所述的磁头，还包括位于读取器阵列外侧的至少一个伺服读取器。
19.根据权利要求12所述的磁头，还包括写入器阵列。
20.一种磁带驱动系统，包括：
根据权利要求12所述的磁头；
使磁记录带经过磁头的驱动机构；以及
与磁头联接的控制器。
21.一种磁头，包括：
第一模块，所述第一模块具有读取器阵列并且具有基本平的磁带支承表面，每个读取器具有轨道宽度，其特征在于阵列的内侧读取器的轨道宽度大于相对于它的外侧读取器的轨道宽度。
22.根据权利要求21的磁头，其特征在于读取器的轨道宽度从阵列最内侧读取器到阵列最外侧读取器逐渐减小。
23.根据权利要求21的磁头，其特征在于成套的相邻读取器每套具有大致相同的轨道宽度，至少具有三套读取器。
24.根据权利要求21的磁头，还包括与第一模块相对的第二模块。
25.根据权利要求24的磁头，其特征在于所述第二模块还具有读取器阵列，第二模块的每个读取器具有轨道宽度，其特征在于第二模块的阵列的内侧读取器的轨道宽度大于相对于它的外侧读取器的轨道宽度。
26.一种磁带驱动系统，包括：
具有读取器阵列的磁头，每个读取器具有轨道宽度，其特征在于阵列的内侧读取器的轨道宽度大于相对于它的外侧读取器的轨道宽度；
使磁记录带经过磁头的驱动机构；以及
与磁头联接的控制器。
27.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，其特征在于读取器的轨道宽度从阵列最内侧读取器到阵列最外侧读取器逐渐减小。
28.根据权利要求27所述的磁带驱动系统，其特征在于轨道宽度从最内侧读取器到最外侧读取器按线性比例变化。
29.根据权利要求27所述的磁带驱动系统，其特征在于轨道宽度从最内侧读取器到最外侧读取器按非线性比例变化。
30.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，其特征在于成套的相邻读取器每套具有大致相同的轨道宽度，至少具有三套读取器。
31.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，其特征在于最内侧读取器的轨道宽度等于或大于适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道的宽度。
32.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，其特征在于最内侧读取器的轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带上的写入数据轨道的宽度。
33.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，其特征在于最外侧读取器的轨道宽度小于适于应用于磁头的磁带的轨道间距的0.6倍。
34.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，还包括位于读取器阵列外侧的至少一个伺服读取器。
35.根据权利要求26所述的磁带驱动系统，还包括写入器阵列。
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