CN1156874A - 双元件磁阻头的定位方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明为在存储装置中给双元件磁阻(MR)头相对于存储媒体定位的一种方法和设备，此MR头具有第一和第二MR元件。存储媒体被安装在存储装置中使得MR头与存储媒体间能作相对运动。存储媒体包含有用来在MR元件中感应第一和第二热响应的伺服信息。一个控制器耦合到MR头并利用MR元件中的第一和第二热响应来控制MR头与存储媒体间的相对运动。

Description

双元件磁阻头的定位方法和设备

本发明一般地涉及数据存储系统，而更具体地涉及将一个双元件磁阻头(MR)作相对于存储媒体定位的方法和设备。

典型的数据存储系统包含用于以磁形式存储数据的磁媒体和为由/向此存储媒体读和/或写磁形式数据的传感器。例如，磁盘存储装置包含一个或多个同轴地安装在主轴电动机的轮毂上的数据存储磁盘。主轴电动机一般以每分钟数千转量级的速度转动磁盘。代表各种类型数据的数字信息通常由安装到一执行部件并在快速旋转磁盘表面上通过的一个或多个传感器，亦即读/写磁头，写入和读自数据存储磁盘。

此执行部件一般包含一个线圈组件和多个具有柔性悬架的向外伸出的臂，在该柔性悬架上安装有一个或多个传感器和滑动体。此悬架通常由一个安装到执行部件的臂状部件(E/单元)插入旋转磁盘的叠层之间。线圈组件通常与一永磁结构交互作用，并受一个控制器的控制。一个音圈马达(VCM)也被安装到执行部件与执行臂径向相对。

在一典型的数字数据存储系统中，数字数据以磁性变迁的形式存储在构成可磁化的刚性数据存储磁盘的表面的一系列同心的彼此隔开的磁道上。磁道普通被分成多个扇区，每一扇区包括许多信息字段。这些信息字段之一通常被指定用于存储数据，而其他字段则包含例如磁道和扇区位置标识及同步信息。数据由通常在控制器的伺服控制下沿着一给定磁道并在磁道间移动的传感器传送到，以及检索于指定的磁道和扇区位置。

磁头滑动体通常被设计成一气动升举块，在主轴电动机旋转速度增加时举起MR磁头离开磁盘表面，并使得MR磁头依靠由高速磁盘旋转所产生的空气轴承气垫悬浮在磁盘上面。MR磁头与磁盘间分离的距离一般为0.1μm或更小，普通称为头-盘间隙。

向数据存储磁盘写入数据通常涉及到要使电流流过传感器装置的写元件，以便产生使磁盘表面的一特定位置磁化的磁力线。从一指定的磁盘位置读出数据一般由传感器装置的读元件检测由磁盘的被磁化位置放射出的磁场或磁力线来实现。当此读元件越过旋转中的磁盘表面时，读元件与磁盘表面上被磁化位置之间的交互作用造成在读元件中产生电信号。此电信号对应于磁场中的变化。

普通的数据存储系统通常均利用闭环伺服控制系统来将执行机构和读/写传感器定位到数据存储磁盘上指定的存储位置。在正常的数据存储系统运行中，一个通常安装在读/写传感器附近的或者结合为传感器的读元件的伺服传感器典型地被用来读出为跟踪一指定的磁道(磁盘追踪)和寻找磁盘上指定的磁道和数据扇区位置(磁道搜索)的信息。

通常要完成一个伺服写过程来在一个或多个数据存储磁盘的表面上作伺服模式信息的初始记录。数据存储系统的生产者通常利用一个伺服写机构来使得在生产过程期间便于将伺服模式数据传送到一或多个数据存储磁盘。

按照一种已知的伺服技术，通常在从磁盘中心向外方向上伸展的各段上对磁盘写入预设伺服模式信息。因而此预设伺服格式就形成在各磁道的数据存储扇区之间。已注意到，一个伺服扇区一般包含一种数据模式，常被称为伺服脉冲串模式，用来在当对磁道的指定数据扇区读和写数据时保持读/写传感器在整个磁道中心线上最佳地对准。此伺服信息还可包含扇区和磁道标识码，用于识别传感器的位置。预设伺服较之专用伺服能大大提高磁道密度，因为伺服信息与目标数据信息被置于同一地点(从而伺服信息可从一个单独的磁盘表面取得)

在为增加磁盘容量的再一种努力中，开发了一种建议的伺服信息格式，被称做预压刻式硬磁(PERM)盘技术。如Tanaka等的“塑料硬磁盘的预压刻式伺服模式的磁化过程特性”(IEEE Transactionson Magnetics 4209，vol 30，No.2，Nov.1994)中介绍和说明的，PERM磁盘在磁盘上径向相互隔开的多个伺服区中含有伺服信息。各伺服区包含有预压刻的凹进和突起部分，形成精细的纹型，时钟标记，和地址代码。此精细纹型和地址码被用来产生侍服信息信号。为产生伺服信号，突起部分和凹槽的磁化方向必须相反。磁化过程首先涉及到利用一高磁场磁铁在一个方向上磁化整个磁盘，然后利用一个常规的写磁头在反方向上磁化突起的部分。

尽管利用RERM磁盘可能增加磁盘容量，但这种方法有许多缺点。如上述，在PERM伺服磁盘上得到伺服信息要经过二步的磁化过程。这大大增加了写伺服信息到磁盘所需的时间。而且在该过程的第二步中，伺服信息在磁盘上还不是可用的。因而必须利用一个外部定位系统，从而增加伺服写过程的成本。有关PERM磁盘技术其它担心包括耐久性。

最后，象其他预设伺服信息一样，PERM磁盘仍然要将伺服信息存放在本来可用于存储数据的磁盘空间中。结果，仍然处于研究阶段的PERM技术并没有在工业界得到广泛的应用。

当前数据存储系统制造工业需要一种伺服信息格式，它应能不昂贵地得到并且它能优化磁盘的数据容量。本发明就是针对这些和其他要求的。

本发明是在存储装置中将双元件磁阻头(MR)相对存储媒体定位的方法和设备。MR头具有第一和第二MR元件。存储媒体被安装在存储装置中使得MR头与存储媒体之间能作相对运动。存储媒体包含有伺服信息以在MR元件中引起第一和第二热反应。一个控制器和MR头连接并且利用MR元件中的第一和第二热反应来控制MR头与存储媒介之间的相对运动。

图1为一数据存储系统其上罩盖去掉后的顶视图；

图2为一包括多个数据存储磁盘的数据存储系统的侧平面视图；

图3为一放大的侧视图，表明一呈现有各种表面缺陷和状况的数据存储磁盘，和MR头对这些缺陷和状况的热信号和磁隔离信号反应；

图4，为按照本发明的磁盘的顶视图；

图5示意传感器的读元件在磁盘的磁道中心线上磁道定向；

图6表示传感器的MR元件通过磁盘上的磁道时关联的热位置误差信号；

图7为按照本发明利用MR元件的热信号定位MR头的系统组成部件的综合方框图；

图8为由MR头中感应的回读信号中提取热信号和磁信号的设备的方框图；

图9表示MR头中感应的呈现出畸变直流基线的回读信号的表现；

图10表示经一信号分离/调制组件处理后呈现出被恢复的D.C.基线的图9的回读信号；

图11为从MR头中感应的回读信号中提取热信号和磁信号的信号分离/调制组件的方框图；

图12(a)表示从一特定磁道位置上MR头感应的回读信号中提取的热信号，和图12(b)为在AC擦除后从相同磁道位置得到的回读信号；

图13(a)～13(c)分别表示MR头中感应的回读信号，该回读信号的被恢复的磁信号分量，和回读信号的未被恢复的磁信号分量；

图14和15分别表示信号分离/调制组件中所用的有限脉冲响应(FIR)滤波器和窗口形FIR滤波器的相位和振幅响应；

图16和17为通常的MR头的图示；

图18(a)和18(b)分别表明一典型磁臂电子线路(AE Arm Elec-tronics)组件的高通滤波特性的振幅和相位响应；

图19和20分别表示一典型AE组件的高通滤波特性的振幅和相位响应与具有与AE组件的有效高通滤波器相反的传递函数的逆滤波器的振幅和相位响应的比较；

图21为图19和20的逆滤波器的信号流图表示；

图22为采用无限脉冲响应(IIR)滤波器的信号分离/复元件组件的另一实施例的方框图；

图23(a)～23(c)为图22的信号分离/复元组件中不同的处理点处所产生的三个波形；和

图24通过比较表示一个指示磁盘表面存在撞击的被复元的磁信号和热信号。

现参看附图，特制定图1和2，图中表示一个从外壳21的基座22移去其顶盖的数据存储系统20。数据存储系统20通常包括有一个或多个围绕主轴电机26旋转的刚性数据存储磁盘24。一执行机构37通常包含多个交错的执行臂30，每一执行臂载有一或数个悬架28和传感器27。传感器27通常包含有用于读和写信息至和从数据存储磁盘24的磁阻(MR)元件。传感器27可以是例如带有一写元件和一MR读元件的MR头。执行机构37包含一线圈组件36，后者与一永磁结构38协同工作以运行为一响应控制器58所产生的控制信号的执行音圈马达(VCM)39。控制器58最好包含协调至或自数据存储盘24传送数据的控制电路，和在当读和写数据自和关磁盘24时与VCM39协同操作移动执行臂30、悬架28、和传感器27到被指定的磁道50和扇区52的位置上。

图3中，图示临近数据存储磁盘24的表面24a飞行的一MR头滑体79的放大的侧视图。磁盘表面24a具有在微观上总体来说为变动的构形，并常常包含有各种表面缺陷，例如凹点122，隆起124，或者无磁性材料的表面部分126。本发明人已确定，MR头77的热响应随MR头77的MR元件78与磁盘表面24a之间的间隙距(以参数V标位)而变化。磁头一磁盘间隙的改变导致MR元件78与磁盘24之间热传输的伴随的变化。这种热传输使MR元件78中的温度改变。MR元件中温度变化导致MR元件78中的电阻作相应变化，而因此MR元件78的输出电压亦变化。

在瞬时的磁头一磁盘间隙(γ)增加时，其结果是MR头77与磁盘表面24a间的空间绝缘的相应增加，由此促使MR元件78的温度增加。MR元件78中的这种温度增高，由于通常是用正温度系数的MR元件材料来制造MR元件78，也就导致MR元件78的电阻的相应的增加。例如坡莫合金是一种优选的用于加工MR元件78的材料，其温度系数表明为+3×10^-3/℃。举例说，一MR头77在越过磁盘表面24a上一突起124时会使得在MR元件78与磁盘表面24a之间发生热传递增加，由此而使MR元件78冷却。MR元件78这样的冷却导致MR元件电阻上的减少，这进而造成MR元件78在恒定偏离电流时两端的电压V_TH相应的降低。

对照磁盘表面24a上出现的凹点122可看出，MR元件两端间的热电压信号V_TH119在幅度上随增大的磁头-磁盘分开的距离(y)而增加。对照磁盘表面24a上表明的突起124还可看到，热电压信号V_TH119在幅度上随减少的磁头-磁盘分开的距离而降低。因此回读信号的热信号分量事实上就成为一可被用来检测数据存储磁盘24的表面的构形变化的存在和相对大小的信息信号。

在图3中还表明一被调整得适应磁盘表面24a的变化的磁间隔信号121。可看到此磁间隔信号121不正确地指出某些表面特性的存在，例如作为磁盘表面24a构形的变化的欠缺磁性的126。还可看到此磁间隔信号121对其他表面特征，例如突起，所给出的显示，如与采用热信号119所提供的磁盘表面成象信息相比较，是很低劣的。

如下面更全面地描述的，可提取MR元件回读信号的热分量来获得有关旋转磁盘24的表面特性的信息。按照本发明的一示例实施方案，在磁盘24的表面轮廓里对伺服信息编码，并利用具有MR元件例如MR头的传感器来读取。如将由下面叙述的示范实施例中可理解的，因为在磁盘的轮廓中设置伺服信息并能与磁存储的数据同时被读取，就使得磁盘的额外的15％～20％成为可用于存储数据(亦即，以前被用来予设磁伺服信息的磁盘部分)。

图4表明一具有用于以磁头-磁盘间隔变化的形式提供磁盘上伺服信息的予压刻的或预模压的磁道标志108和扇区标志106的示例磁盘24。此磁盘24设置有用予存储数据的数据磁道50。每一磁道50可被分成为一系列以扇区标志106标识的扇区52。相邻磁道50由磁道标志108区分。磁道标志108和扇区标志106是用可利用MR头回读信号的热成分识别的磁盘中的变化构成的。如图4中清楚表明的，磁道标志108可以是环形槽，而扇区标志106可以是径向槽。这些槽可作成窄1μm，来提供相邻数据磁道50和扇区52间的磁头-磁盘间隔变化。如下面更全面说明的，由这些槽形成的磁头-磁盘间隔变化被用来提供伺服信息。磁盘24还设置有校准磁道110和可由一对紧密地相隔开的扇区标志106构成的索引标志112。校准磁道110和索引标志112的目的以后将会清楚。

现在来看图5，图中表示一定向于磁道50的中心线51上的双元件磁阻(MR)头80。当MR头80越过旋转磁盘24的磁道50时，磁盘24表面上形成的磁变迁使得在MR头80中感应生成回读信号。例如说，但不仅限于，此回读信号最好为一电压信号。

在图5中所示的说明性实施例中，MR头包含二个并排安装的MR元件80a和80b。依靠利用由各MR元件80a和80b得到的回读信号的热成份，即可由磁盘24的轮廓得到伺服定位信息。由各元件80a和80b得到的热信号被用来生成如位置误差信号(PES信号)的伺服控制信号。这样的PES信号被提供给一控制器，后者利用此PES信号定位执行臂30并由此使MR头80到达所希望的磁道位置。利用二个并排的假定具有相等热灵敏度的MR头元件80a和80b产生的PES信号可以关系式： $\mathrm{PES}=\frac{\mathrm{ta}-\mathrm{tb}}{\mathrm{ta}+\mathrm{tb}}---\left(1\right)$ 表示，其中ta和tb分别代表由MR元件80a和80b集聚的热信号峰值。

图6中说明双元件MR头80越过磁盘24时所产生的PES信号。参见图5，图6的PES信号对应于具有以下参数的磁盘24：

磁道间距P＝4.8μm，

磁道宽度M＝3.2μm，

磁道高D＝0.2μm，

底部谷宽U＝0.48μm，

MR元件A宽度Wa＝2.4μm，

NR元件B宽度Wb＝2.4μm，

元件至元件中心线距C＝2.4μm，

如以上指出的，图6的PES信号假定二个MR元件80a和80b的热灵敏度相等。但实际上例如由于尺寸、凹进、屏罩间隔和尺寸、MR引线热导、以及二个MR元件的其他特性上的差异，MR元件的热灵敏度可能是不同的。此二个MR元件80a和80b的热响应可按后面更全面讨论的那样加以校准。

在被校准时，一双元件MR头80产生呈现最小值与最大值之间的线性特性的PES波形。参看图4和5，当此二MR元件80a和80b处在一磁道50的中心时，ta与tb相等，从而生成的PES信号等于零。在MR头80由磁道中心移开时，值ta和tb改变而PES出现一大约对应于磁道50的边缘的回折点。此回折点可用于确定磁道边缘和在进行探索运行期间用于对磁道进行计数。应当理解的是，利用MR元件80a和80b所得到的回读信号的磁分量也能在磁头移动超过相邻磁道间的凹槽时被用来确定磁道边缘。因为在越过槽时磁信号将有很大的下降。磁信号中的这种下降可用于搜索操作中的磁道计数。

还应当理解，MR元件并不一定需要作并排的布置，只要PES信号关系的修正能恰当地考虑进MR元件的不同位置因素就行。也应估计到可以采用多个两个的MR元件。

图7中，表明一利用双元件MR头80的热响应对MR头80在数据磁道50上进行伺服定位的伺服控制系统200的说明性实施例。此伺服控制系统包含有一放大器202，二采样器206、208二滤波器210、212，一调制和适配校准电路214，一控制器250，二驱动器216、218，一磁分离器260，和一时间差分器。

运行中，由MR元件80a和80b得到的回读信号81和82被加以放大，例如通过一双通路Arm Eloctronics(AE执行臂电路)组件202。经放大的回读信号203和205由采样器206、208以采样速率N进行采样以产生第一和第二回读信号207和209。典型的采样速率N将超过100兆赫(MHz)。回读信号207和209由例如有限脉冲响应(FIR)滤波器210、212作低通滤波以产生热信号211和213。热信号211和213代表回读信号的热分量ta(n)和tb(n)，如上面介绍过的。

热信号211和213由二次采样器230和232以采样速率M作二次采样。此采样速率M一般大大低于采样器206、208的采样速率N。采样指数m，亦即采样速率N与采样速率M之比，例如说可以是500。采用此具有较低采样速率的二次采样器降低了系统的成本而不会有任何准确度上的损失，因为由于执行机构37较低的机械带宽的需求使得热信号211和213的采样速率可以低于回读信号203、205的磁分量的采样速率。

二次采样得的热信号231和233被提供给解调和适配校准电路214，后者按下列关系式生成一位置误差信号(PES)215： $\mathrm{PES}\left(m\right)=\frac{t_{231}\left(m\right)\·K_1-t_{233}\left(m\right)\·K_2}{t_{231}\left(m\right)\·K_1+t_{233}\left(m\right)\·K_2}---\left(2\right)$ 其中，t₂₃₁和t₂₃₃分别表示热信号231和233。

此解调和适配校准电路241以乘法器240和242中予定的校准系数K₁和K₂调整热信号231和233的幅值。校准系数K₁和K₂被用来针对MR元件80a和80b的不同热灵敏度进行调整。此位置误差信号PES(m)关系式的分子由差分器244产生而PES(m)关系式的分母则由加法器246产生。此位置误差信号PES(m)平滑噪声可对L个采样取平均值。例如，此位置误差信号PES(l)可以下面的关系式表示： $\mathrm{PES}\left(l\right)=(l/L)\underset{m=i}{\overset{L+i}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{PES}\left(m\right)---\left(3\right)$ 式中L的一实际值可以是10。这样，此位置误差信号可每M×L个回读信号采样产生一次。例如，如回读信号以N＝100MHz的速率采样而采样指数m为500，则位置误差信号PES(1)将以80KHz的速率生成。此位置误差信号关系和校准可由解调器和适配校准器248中的微代码进行处理。

PES信号215被提供给控制器250，它按照此PES信号215和运行模式，例如磁道搜索、调整或跟踪，输出控制信号251。控制信号251被送至驱动器206，将此控制信号251变换成模拟信号并产生用于音圈马达39的连续电流以移动执行机构。

回读信号207和209还被提供到数据通道用来驱动主轴电动机26。回读信号207和209被送给统一磁分离器260，它除去回读信号207和209的热分量产生为数据通道所用的磁信号261。此磁信号261由累加和均衡回读信号207和209的磁分量来生成。此磁分离器260还产生为时差装置220提供的磁定时信号263。此磁定时信号263由在MR头80通过扇区标志106时回读信号207和28中出现的下降产生。此时差装置220，可包含有一锁相回路，将此磁定时信号263与由一振荡器270提供的一基准信号271进行比较以产生一差分动态定时信号221。此定时信号221被提供给一驱动器218用来对主轴电动机26供给电流219以便能保持磁盘的适当旋转速度。

虽然磁信号263被用于定时和马达控制，但应理解热信号也可被加以利用。磁信号的下降较之热信号下降能达到高得多的信噪比，因而能采用较窄的扇区标志106的宽度。例如，采用磁下降使得扇区标志宽度可以约为1μm或更低。由于MR头80的热时间常数较长所以热信号需要较宽的扇区标志106。

应当理解一MR头80的热信号可与磁信号同时被采样。因而，例如说可实现连续的磁道跟踪伺服控制。与传统的磁伺服技术不同，热伺服可以达到超过100千赫(KHz)的采样速率。热伺服的较高的采样速率用于减小执行机构线圈电流。而且，由于执行机构30的机械惯性，这些小电流被积分来产生非常平滑的运动，藉此来降低执行器的跳动。较精细的执行器控制可允许较高的磁道密度和大大改善对磁盘中的冲击和振动的检测。而且，为了作予测故障分析(PFA)，可对可能会导致磁道对准不良(TMR)的磁盘上的缺陷进行检测。同样，可以检测任何杂乱的MR头80调制，例如由未被提起离开磁盘的MR头80所造成的调制。

还应当理解，由其取得伺服信息的PES信号电热信号产生，而后者则是由磁头-磁盘间隔引起的。在此被说明的实施方案中，伺服信号是由感测出MR头80越过环形槽时在热信号中引起的变化来取得的。磁头-磁盘间隔中的变化也可由磁道50之间的被升高的部分来实现，虽然最好是凹槽，因为它们使存储系统20能以MR头80与数据磁道50间最小的间隔运行。在本发明的另外的可行实施方案中，伺服信息可由能反映回读信号的热分量的磁盘特性的其他变化来推导出。例如，可以采用磁盘-MR头的热传输参数，例如磁盘24的热辐射系数来作为伺服信号。这样，不是靠构形变化来区别相邻磁道50，磁道标志108藉助热辐射系数的改变或其它被反映到回读信号中的热分量的参数区分磁道50。磁盘特性中的类似变化可被用于扇区标志106。

如上指出的，校准系数K₁和K₂被用于各MR头80对MR元件80a和80b的不同热灵敏度进行调整。一种校准方法可这样来执行，即测量MR元件80a和80b的热灵敏度和调整增益值K₁和K₂以使得在一共同输入时给增益调整后的各元件80a和80b的热响应相等。

作为对一多磁盘存储装置进行的示范校准过程包括下列步骤。首先，存储装置的全部MR头被移到他们各自磁盘24的校准磁道110。此校准磁道110可被设置在磁盘24的任何地方，例如，在磁盘24的内径紧急制动处，如图4中所示，或者磁盘24的外径紧急制动处。此校准磁道110应足够宽以适应机械上的容差，例如磁盘的径向振摆，而且宽度足以使得当MR头80对准在校准磁道110上时，MR元件80a和80b均不得检测到一磁道标志108。

接着选择一MR头80并将校准系数K₁和K₂设置为1 。与此被选MR头80相关的磁盘24旋转。在磁盘24围绕其轴旋转时，MR元件80a和80b检测一共同输入，即周期性的扇区标志106。此校准磁道110中的扇区标志106的热可检宽度为50～100μ。应指出，如果如上述那样为磁道计数对数据磁道50中的扇区标志作磁检测的话，则数据磁道50中的扇区标志106的宽度就不必校准磁道中扇区标志的宽度那样宽。所选MR头80的MR元件80a和80b的热信号峰值振幅分别由校准增益K₁和K₂确定并调整以使此二幅值相等。这样峰值振幅对应于经过扇区标志106，可以对经过许多次扇区标志106的统计平均来求得。然后将所选MR头80的校准增益K₁和K₂存储进随机存取存储器(RAM)并如上面的讨论用于能调和适配校准248。对另外的MR头80重复校准过程直至存储装置中全部MR头80被校准为止。

应指出的是，采用予压印磁盘需要在被装配进磁盘驱动器之前在磁盘上形成伺服信息。在应用多磁盘时，必须要考虑盘与盘间伺服信息的对齐。例如，由于多磁盘驱动器中的机械容差，磁盘24的索引标志112将不大可能在整个磁盘组中对齐。因而必须确定一磁盘组中的索引标志112的相对位置。为确定一磁盘组中所有磁盘24的索引标志112的位置，可执行一种定时校准方法。此定时校准过程包含识别第一基准磁盘24的索引标志112和测量此基准磁盘24索引标志112与第二磁盘24的索引标志112间的时间差(包含磁头转换时间)。重复进行这种操作直正所有索引标志112、因而亦即扇区52的相对位置被确定。有利的是，这种相对定时校准可与热信号校准同时进行。

由于以热的方法得到的伺服信息与磁信号无关，按照本发明的另一实施例，MR头80的回读信号的热分量可在磁头写时用于MR头80的伺服定位。在进行写操作期间的伺服定位可通过对写元件产生的写磁场所引起的MR元件80a和80b的温度和相应的电阻变化进行补偿来实现。补偿量可利用有关正被写的数据的已知信息来确定。在补偿后可提取出热信号用于前述的伺服定位。伺服位置感测的连续性质，亦即在读和写期间的感测，免除了加速计或其他为监视驱动器中的冲击和振动的外部传感器的需要。

为了解用于由一MR头80中所感应的回读信号中提取热信号分量和磁信号分量的设备和方法，请参照图8～24。参看图8，图示一用于由磁存储介质读取具有磁信号分量和热信号分量的信息信号和将热和磁信号分量由该信息信号分离的设备。所示一MR头80贴近数据存储磁盘24的表面。感应在MR头80中的回读信号通常由AE组件202放大。还可由此AE组件202对回读信号进行滤波。如AE组件202输出的图示形式那样，含有相当高频率的磁信号分量461a的模拟回读信号460由于存在有一低频调制信号分量而呈现出畸变的DC基线。本技术领域的熟悉人员会理解，一经过调制的回读信号460，或者更确切地说，回读信号460的经调制的磁信号分量461N早已被看成是数据存储系统许多弊端的来源，其中包括伺服控制差错和不准确，数据存储和检索可靠性的降低，以及在某些情况下数据的不再能检索的丢失。

本发明人已发现，回读信号460是包括独立的磁和热信号分量的组合信号，而此低频调制回读信号基线事实上是回读信号460的一独立的热信号分量。本发明人还进一步确定，如下面还将详细讨论的，所不希望的回读信息460的调制可以被除去或者在幅度上大大降低，以此来得到代表数据或伺服信息的纯净的磁信号。

图9和图10分别表明由图8中所示的一信号分离/恢复组件476所恢复的畸变读回信号和无畸变读回信号。此信号分离/恢复组件476对回读信号460进行处理，如图10中所示，以消除不希望的基线调制来恢复读回信号基线，由此而产生一纯净的无扰动的磁信号461b。应指出，此信号分离/恢复组件476总的说是代表由回读信号提取热信号所需的图7中所示的伺服控制系统200的回读信号滤波器设备。

磁信号与热信号的独立性由图12中所示的波形证明。图12(a)中所示波形表示利用-MR头和被构成为一低通滤波器的数字滤波器由一组合回读信号提取的热信号。在得到图12(a)中所示波形后，使产生该波形的磁道作AC擦除。将同一MR头移动到该被擦除的同样的磁道位置以得到图12(b)所示的波形。可以看到，图12(a)所示的提取得的热信号与图12(b)中所示的由被擦除磁道所得的读回信号基本上相同。图12所提供的二波形证实此二同时读得的热和磁信号是相互独立和可分离的。

参看图11，表明前面参照图8所讨论的信号分离/恢复组件476的一实施例。可以理解，此信号分离/恢复组件476可被用来执行由回读信号460中分离出独立的磁信号的单个的任务以便除去由热信号影响引起的回读信号460的低频调制分量。在另一实施方案中，此信号分离/恢复组件476可被用来执行由回读信号460分离出磁信号分量以除去低频热信号分量和还进行提取热信号的双重任务，由此使得此后能以独立的方式处理纯净的磁信号和纯净的热信号两者。

如图11中所示，一回读信号由被置于紧靠数据存储磁盘24的MR头读得。在一实施例中，由AE组件202自MR头80接收到的回读信号被模-数变换器206由模拟形式变换成数字形式。而后此经数字化的读回信号被送往延时装置486和一可编程滤波器488。此可编程滤波器488为一具有长度N的有限脉冲响应(FIR)滤波器，这里N表示可编程滤波器488的脉冲响应系数亦即分支的数量。被加到可编程滤波器488的输入端的回读信号在其通过可编程滤波器488时经受对应于此可编程滤波器488的长度N的一总的信号延时。

按照这一实施例，此可编程滤波器488以适当的分支系数和权值编程以让回读信号的频率相对低的热信号分量通过而滤出频率相对高的磁信号分量。这样，此可编程滤波器488即被组构成一低通滤波器而被编程来让总体上作为中频信号特征的其能量的大部分集中在近似10千赫(KHz)至近似100～200KHz的频率范围的热信号通过。应指出，回读信号的磁信号分量的频率范围为约20兆赫(MHz)到100MHz。在可编程滤波器488输出处的热信号480被送至一信号求和装置490。由此可编程滤波器488的输出端，此热信号480可被传送到数据存储系统的其他组成部分，例如一为控制磁道跟踪和磁道搜索操作的伺服控制机构。

延时装置486由模-数变换器206接收回读信号460而使此回读信号传送到信号求和装置490作等于此回读信号460通过可编程滤波器488所需的时间的延时。这样，包含磁和热信号分量两者的回读信号460与由可编程滤波器488从回读信号中提取得的热信号480基本上在同一时间到达信号求和装置490。信号求和装置490对回读信号460和热信号480进行解调操作以生成被恢复的回读信号478。这样，图11中列示的实施例中描述的信号分离/恢复组件476即被用作分离一组合回读信号的磁和热信号分量，同时还产生一不畸变的恢复的磁回读信号478。有关此信号分离/恢复组件476中所用的FIR滤波器的设计、实现和编程的细节请参考E.C.Ifea-chor，B.W.Jorvis：“数字信号处理”(Addison-Wesley出版公司，1993)。

回到图9和10，图9中所示的被调制的回读信号表示在被信号分离恢复组件476处理前的回读信号的形貌。图10中的回读信号的表述是图9的回读信号在被信号分离/恢复组件476处理后的显示。图9中所示的畸变回读信号的热信号分量的所不希望的影响由采用信号分离/恢复组件476中的9分支FIR滤波器所消除以便生成如图10中所示的经恢复的磁回读信号478。用来产生图10中所示的经恢复的磁回读信号48的此9分支FIR滤波器的振幅和相位特性表示在图14中。

具体说，在图14(b)中可看到此9分支滤波器在所注重的频率范围内呈现出完美的线性相位响应。此9分支FIR滤波器在消除回读信号的基线位移即调制上的有效性在图13中得到说明。图13(a)表示一显示不希望的即随时变化的基线的回读信号。在图13(b)中，此在图13(a)中很明显的回读信号的调制基线在使此畸变的回读信号通径恰当地编程的9分支FIR滤波器后已被消除。此用于恢复回读信号的基线的9分支滤波器的分支加权被定义为包含有分支加权：

b(i)＝(1/9)*(-1，-1，-1，-1，8，-1，-1，-1，-1)

或

b(i)＝(-.111，-.111，-.111，-.111，.889，-.111，-.111，-.111，-.111)

图13(c)中所示波形是使图13(a)中所示的受调制的回读信号通径一通常的单极点高通滤波器的高通巴特沃斯滤波器所产生的。可看出在回读信号通过普通的高通滤波器后回读信号的所不希望的调制基线在幅度上没有显著的降低。

如前面指出的，用来恢复图13(b)中所示读回信号的基线的9分支FIR滤波器的振幅和相位特性分别表示在图14(a)和14(b)中。在图14(a)中可看到，滤波器的通带中可能发生某种程度的滤波纹，这可依靠对此9分支FIR滤波器的分支加权施加窗口功能来消除。例如说，可将汉明窗加给此9分支FIR滤波状的分支加权以生成一具有以下分支加权的加窗口形恢复滤波器：

b(i)＝(-.0089，-.0239，-.06，-.0961，.8889，-.0961，-.06，-.0239，-.0089)此具有以上表列的分支加权的9分支开窗口FIR滤波器的输出取得如图15(a)中所示消除波纹的结果。再如图15(b)中所示，此窗口式9分支FIR滤波器保持完美的线性相位响应。应指出，将窗口功能，例如汉明窗，应用到可编程FIR滤波器488的分支加权允许非零DC增容和低频响应中的某种增加。

现在回到图19～24，这里说明信号分离/恢复组件476的另一实施例。在如图8中所表明的-AE组件202的设计中，为剔除MR头80所产生的组合回读信号的频率相对低的信号内容，常常希望包含有一与前置放大器相连系的高通滤波器。AE组件202的高通滤波器使得组合回读信号的热信号分量在幅度和相位上均发生畸变。因高通滤波器引起的热信号畸变的幅值严格地随所采用的特定高通滤波器的频率和相位特性变化。

例如说，适用于-AE组件202的高通滤波器可具有约500KHz的截止频率和展现非线性的相位特性。但与磁头-磁盘间隔的改变相关的频率一般在200KHz以下的范围内。而且-回读信号的热信号具有由10KHz至约100KHz的频率范围。可以理解，一具有约500KHz截止频率的高通滤波器将显著地造成回读信号的热信号分量的幅值和相位的变形。但回读信号的磁信号分量保持不受高通滤波器的影响，因为磁信号的频率范围一般为高通滤波器截止频率的约20至40倍。

图19(a)和19(b)分别为表明典型AE组件202的高通滤波器特性的振幅和相位响应的图形。此高通滤波器具有约500KHz的截止频率。在500KHz处具有单极点和具有图19中所示的振幅和频率响应的高通滤波器的传递函数可被定义为 $H_0=\frac{b_h\left(1\right)+b_h\left(2\right)\·Z^{-1}}{1+a_h\left(2\right)\·Z^{-1}}---\left(4\right)$ 式中∶b_h(1)＝.9876，

b_h(2)＝-.9876，

a_h(2)＝-.9752

由AE组件202的高通滤波器所引起的热信号的幅值和相位的变形依靠利用一具有与该高通滤波器的传输递数相反的传递函数的逆滤波器被有效地消除。使由AE组件202输出的回读信号通经该逆滤波器来将热信号在振幅和相位上恢复为原来形式。例如，为调整通过一具有上述等式(a)的传递函数的高通滤波器的回读信号的逆滤波器的传递功能为 $H_0^{-1}=\frac{1+a_h\left(2\right)\·Z^{-1}}{b_h\left(1\right)+b_h\left(2\right)\·Z^{-1}}---\left(5\right)$

AE组件202的高通滤波器和上述逆滤波器的振幅和相位响应分别作于图20和21。具体说，此逆滤波器和AE组件202的高通滤波器的振幅响应分别如图20中的曲线570和572所示。该逆滤波器和高通滤器的相位响应分别如曲线576和574所示。

在一实施例中，为恢复一经高通滤波的回读信号的热信号内容，一无限脉冲响应(IIR)滤波器被编程作为一逆滤波器进行响应。虽然在另一可行实施方案中可使用一模拟滤波器，而恢复被AE组件202的高通滤波器变形的热信号的幅值和相位把一个IIR滤波器用作为一个逆滤波器提供许多很适用的优点。

图21中表明的信号流图代表一被组构成一逆滤波器的一阶IIR滤波器。具有上述式[5]给出的传递函数的一阶IIR逆滤波器的图21中的信号流图相关的系数为：

a₁＝.9876

a₂＝-.9876

b₁＝.1

b₂＝-.9752

图23中表述三个说明为恢复已通过一高通滤波器的回读信号的热信号分量的原先幅值和相位的逆滤波器的效果的波形。图23(a)表示由一数据存储磁盘表面中的凹点检测得的回读信号。图23(a)中所示回读信号是由一被以20MHz的写频率写的磁道检测得的。此回读信号是以8位分辨率在100MHz下进行采样的。图23(b)中所示图形表示图23(a)回读信号的计算峰-峰振幅值。图23(b)中所示的信号因而代表清楚表明由于MR读元件通过该凹点而引起的磁信号丢失的磁间隔信号160。图23(c)说明已通过AE组件202的高通滤波器550之后的回读信号的热信号分量。比较图23(b)和23(c)的波形可看到，磁间隔信息与热间隔信息相互并不紧密相对应，因为基本上微分热信号的高通滤波器550使热信号发生变形。有关用作逆滤波器的IIR滤波器的设计、实现和编程的细节可参看E.C.Ifeachor，B.W.Jervis“数字信号处理”(Addison-Wesley出版公司，1993)。

图24中说明经过逆滤波器556和平均滤波器558处理的热间隔信号562以及通过数字滤波器552和对数装置554的磁间隔信号560。应指出，线性化的磁间隔信号通常是按照公知的华莱士等式取峰-峰信号的对数然后乘以输出电压变化对磁间隔变化的灵敏度计算得的。在图24中可看到，除开放信号高度不同和与热间隔信号562相关的时间常数较长外，磁间隔信号560与热间隔信号562均说明一磁盘表面的凹点。这样，此逆滤波器556对图23(c)所示的畸变热信号的积分较量就保证了能生成正确的热间隔信号562。

参看图22，其中表明一方框图形式的处理回读信号以得到磁和热磁头间隔-磁盘信息的系统。MR头80由磁盘表面检测一回读信号。假定此回读信号为一包含磁和热信号分量两者的组合信号。此由MR头80检测得的回读信号被送往AE组件202然后再送至高通滤波器550，此高通滤波器550被表示为AE组件202之外的一组成部件。但在通常的实践中，此高通滤波器550是被结合在AE组件202之内的。此高通滤波器的传递函数以H₀表示。

由高通滤波器550输出的信号被模-数变换器551采样以生成经高通滤波后的回读信号的数字化采样。此数字化回读信号随后被送至校正由AE组件202的高通滤波器550造成的畸变的逆滤波器556。此逆滤波器556的传递函数以H₀ ^-1表示。利用一平均滤波器558作数字滤波以得到通过了逆滤波器556的信号的平均值来产生一与磁头-磁盘间隔成线性相关的热信号。

模-数变换器551输出端的回读信号也可被传送至一数字滤波器552，例如-FIR滤波器，提取回读信号的峰-峰振幅以便由该回读信号提取磁信号分量。使此磁信号通过会产生与磁头-磁盘间隔线性相关的磁信号的对数装置554来得到该磁信号的对数。在分别提取得磁和热间隔信号560和562两者之后，可对热信号进行校准，因为磁校准是公知的仅取决于所记录的信号波形。重要的是应指出，磁和热间隔信号560和562两者均与磁头-磁盘间隔(y)成线性比例。

为更全面评价本发明的各不同方面，对通常的MR头作简明的讨论。图16和17中表明一般的组合MR头600的基本元件的总体布局。图示并未按照比例，而是用以说明各个不同的MR头元件的相对取向。此MR头包含一对护罩601和603。-MR元件602被安置于护罩601和603之间。此MR元件602作为MR头600的读元件运行。

元件603和元件604一起形成MR头600的写元件功能作用的薄膜磁头。元件603和604分别运行为此薄膜写元件的第一和第二磁极。元件603的双功能(亦即作为写元件的第一极和作为一第二护罩的作用)导致了此MR头600的组合性质。通常在MR头600的各不同元件之间形成有绝缘层(为清晰起见图中未表示)如玻璃。

进一步如图16和17中所描述的，第一护罩601、MR元件602和第二护罩603在各自的垂直平面内由磁盘501的表面501A向上伸展。为清楚起见图16中未表示出第二极604。所说明的各元件的平面在页面方向平行展开。图中第一极/第二护罩603的平面最靠近，随后为MR元件602，而第一护罩601距离最远。还分别表明出正和负MR引线701A和701B。这些引线形成在第一护罩301与第一极/第二护罩603间的一平面上。引线701A和701B以公知状态电气耦合到MR元件602以正常方式运行。与引线701A和701B分别连接有延伸出的引线705A和705B。延伸出的引线705A与705B具有连接点707A和707B，分别连接到引出导线709A和709B，它们再连接到前置放大器组件711。

在MR头元件602上生成热电压响应的物理现象是，在瞬间磁头-磁盘间隔增加时磁头600与磁盘表面501A之间有更大的空气隙而使MR元件变热。这种变热使得MR头600的电阻因构成MR元件602的材料的正温度系数而增大。例如，如前述消费材料的温度系数为+3×10^-3/℃。在恒定偏置电流时，跨接MR元件602电阻的电压V_TH将增大。如果MR元件602接近磁盘表面501A，MR元件602与磁盘表面501A间将发生更大的热传输而使MR元件602冷却。所造成的MR头600电阻的降低在恒定偏置电流时将减小跨接MR元件602的电压V_TH。

当然可以理解，对上面讨论的实施方案可以作出各种修改和增加而不背离本发明的范畴或精神实质。例如此伺服定位方法和设备可被应用于光数据盘，或者螺旋状的或其他非同心磁道结构的磁盘。因而本发明的范围将不局限于上面讨论的特定实施例，而是仅仅为下面提出的权利要求书的完整和合理的范围所限定。

Claims (32)

1.存储装置，包括：

具有第一和第二MR元件的磁阻(MR)头；

存储媒体，安装成在所述MR头与所述存储媒体之间能作相对运动,所述存储媒体包含用于在所述MR元件中感应第一和第二热响应的伺服信息；和

控制器，耦合到所述MR头，用来利用所述第一和第二热响应控制所述MR头与所述存储媒体间的相对运动。

2.按照权利要求1所述的存储装置，其特征是所述存储媒体包括磁盘。

3.按照权利要求2所述的存储装置，其特征是所述伺服信息包括所述磁盘中的表面轮廓的变化。

4.按照权利要求3所述的存储装置，其特征是所述磁盘包含由所述表面轮廓变化分开的磁道。

5.按照权利要求1所述的存储装置，其特征是所述第一和第二MR元件被设置为相互邻接。

6.按照权利要求1所述的存储装置，其特征是所述控制器响应由所述第一和第二热信号产生的热位置误差信号。

7.按照权利要求6所述的存储装置，其特征是所述热位置误差信号为一个线性信号。

8.按照权利要求7所述的存储装置，其特征是所述热信号误差信号(PES)由关系式 $\mathrm{PES}=\frac{t_1-t_2}{t_2+t_1}$ 确定，其中t₁表示所述第一热响应信号的一个函数和t₂表示所述第二热响应信号的一个函数。

9.按照权利要求6所述的存储装置，其特征是还包含有一个解调器和适配校准器用于产生所述位置误差信号。

10.用于存储装置中的盘，该存储装置具有带有二个MR元件的磁阻(MR)头和一个响应所述MR元件中感应的热信号来定位所述MR头的伺服控制系统，该盘的特征是包括：

多个以道标志分隔的道，所述道标志可由所述伺服系统作热检测。

11.按照权利要求10中所述的盘，其特征是所述道标志为构形变化。

12.按照权利要求11所述的盘，其特征是所述构形变化为环形槽。

13.按照权利要求10所述的盘，其特征是所述道标志具有与所述道的热幅射系数不同的热幅射系数。

14.按照权利要求10所述的盘，其特征是还包括与所述道标志交叉的扇区标志，所述扇区标志的每一个的至少一部分是可作热检测的。

15.按照权利要求14所述的磁盘，其特征是所述扇区标志为径向槽。

16.按照权利要求10所述的盘，其特征是还包括一个校准磁道，它具有足够宽的宽度以使得在所述MR元件对准到所述校准磁道时所述MR元件不能检测所述道标志。

17.按照权利要求16所述的盘，其特征是还包括其在该校准道中的宽度是够宽以进行热检测的扇区标志。

18.按照权利要求15所述的盘，其特征是所述扇区标志在该校准磁道中具有50～100μm的宽度。

19.定位具有一对MR元件的磁阻(MR)头的方法，其特征是包括步骤：

在所述MR元件中感应第一和第二热信号；和

响应所述第一和第二热信号移动所述MR头。

20.按照权利要求19所述的方法，其特征是还包括步聚：

根据所述第一和第二热信号产生一位置误差信号(PES信号)，其中响应所述PES信号来进行所述MR头的所述移动。

21.按照权利要求20所述的方法，其特征是还包括校准所述第一和第二热信号的步骤，其中响应所述被校准的第一和第二热信号作所述移动。

22.按照权利要求20所述的方法，其特征是所述移动步骤还包含响应所述PES信号以一驱动器驱动执行部件的步骤。

23.按照权利要求19所述的方法，其特征是还包括步骤：

在所述MR元件中感应第一和第二磁信号；和

响应所述第一和第二磁信号驱动主轴电动机。

24.按照权利要求23所述的方法，其特征是所述驱动步骤还包含从所述第一和第二磁信号产生差分定时信号的步骤。

25.按照权利要求23所述的方法，其特征是所述第一和第二磁信号被处理以用于数据通道。

26.用于校准具有至少一个盘和至少一个MR头的存储系统中的MR头的二个磁阻(MR)元件的热灵敏度的方法，其特征是包括步骤：

将所述MR头移动到校准道；

在所述MR元件中感应第一和第二热信号；和

调整所述第一和第二热信号的增益以使所述第一和第二热信号相等。

27.按照权利要求26所述的方法，其特征是所述感应步骤包含使所述MR头通过设置在所述校准道周围的所述扇区标志的步骤。

28.按照权利要求26所述的方法，其特征是还包括确定所述热信号的第一和第二峰值振幅的步骤，其中所述调整包含调整所述第一和第二峰值振幅的增益。

29.按照权利要求26所述的方法，其特征是还包括为校准选择一个MR头的步骤。

30.按照权利要求26所述的方法，其特征是所述调整包含以乘数乘所述第一和第二热信号的步骤，所述乘数被存放在随机存取存储器中。

31.按照权利要求26所述的方法，其特征是还包括步骤：

识别一个第一盘的索引标志；

识别一个第二盘的索引标志；和

测量识别所述第一盘索引标志和所述第二盘索引标志间的时间差。

32.按照权利要求31所述的方法，其特征是所述识别步骤和所述测量步骤与所述感应步骤同时进行。

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