[发明专利]磁阻磁头的偏置电流控制方法、固定磁性记录设备及其磁盘

说明书

发明领域

本发明涉及一种运用磁阻作用控制磁阻磁头偏置电流的方法，以及固定磁性记录设备及其磁盘。

发明背景

为适应对记录密度不断增加的需求，近期的固定磁性记录设备(HDD：硬盘驱动器)使用MR(磁阻)磁头。MR磁头基于一种使用所谓的磁阻作用的重现方法，其中，MR磁头的电阻随外部磁场而发生变化。一些HDD采用MR／感应组合磁头(包括结为整体的一个MR磁头和一个薄膜磁头)。MR／感应组合磁头利用该薄膜磁头来写入数据，利用邻近该薄膜磁头的MR磁头来读出数据。因此，例如，MR磁头的特征是：尽管它专用于读出，但它的重现输出比薄膜磁头大；且它的重现输出不受磁盘外围速度的影响。所以，通过设置一个小于写入薄膜磁头的磁道宽度的读出磁道宽度，可以使邻近磁道的影响在读出时减到最小。因此，MR磁头故而通常被用作HDD磁头。另外，包含灵敏度提高的MR元件的GMR(大磁阻)磁头也正在被付诸应用。

但是，也存在不利之处：根据其操作原理，MR磁头需用偏置电流；若对偏置电流的控制不适宜，则由MR磁头重现的信号波形可能会发生畸变。这种畸变是由偏置电流的偏置点的偏移导致的，从而使该重现信号波形的正面或反面达到饱和。在此情况下，该重现信号波形的正面与反面不对称。

因此，要达到对MR磁头的偏置电流的最佳控制，必须解决以下三个问题。

第一个问题是：磁头的电阻值因MR磁头的空间变化性而有所变化。MR磁头的尺寸正在不断减小，但其空间变化性的改进速度却不如尺寸快。在最近一个典型装置的设计中，MR条纹高度的公差为±33％的变化，或者，最高值与最低值的比是2∶1。此外，MR条纹(电流方向上的长度)宽度的公差为±20％。MR条纹厚度的公差为±10％。如果这些变化被视作是独立的，那么，元件电阻的总体变化约为±40％，或高、低值比是2．33∶1。

对多个(例如80个)MR磁头的磁头电阻值的测量表明，各个MR磁头的变化值是不同的(如图17所示)。在该图中，水平轴表示磁头电阻值，而垂直轴则表示MR磁头的数目。虽然磁头电阻值的变化分布对应于一个设计值范围上的标准分布，但是，单独的MR磁头的传感器部分的电阻值却是不同的。

由大空间变异性引起的一个问题是：一个装置内具有不同的磁头，形成的功率损耗大不相同。

此外，当电流的横截面(MR条纹的高度乘以厚度)发生很大的变化时，电流密度有较大的变化。产品的使用寿命与电流密度的立方成反比。由于标准的偏置电流方法采用适用于所有磁头的DC电流，因此，条纹高度小与层厚薄导致了较高的电阻和电流密度。引起的功率损耗致使温度大大升高，即，比之较高与较厚条纹的情况，热度达到更高。这样，温度和电流密度共同造成条纹高度小的薄MR元件(与较高、较厚的元件相比)的使用寿命短得多。

另一个值得考虑的是：导致电阻更大的所有因素也使信号电平更高。因此，具有最大电阻的磁头能达到更好的信噪比。这样，条纹高度小、层面薄和条纹较宽能形成较好的信噪比，而高、厚、窄的条纹则使噪声比较差。于是，偏置电流的确定必须在良好的信号与短使用寿命之间作出协调。

当多个(例如4个)MR磁头的偏置电流值发生变化时，输出的波形变化如图18所示。由于产生最大输出值的偏置电流最适合读取，因此，该图指出，最佳的读取偏置电流特征随不同的磁头而变化。

第二个问题是：信噪比良好的电子信号依赖于前置放大器的设计。由于前置放大器电路的可用电压较小、并以减小功率损耗为设计目标，使前置放大器的设计受到很大的限制。目前的设计一般具有单一的+5伏电源(±5％)。由于磁头与导线两端的电压降，磁头电阻的变化也限制了可用于操作的偏置电流量。如果通过电阻高的磁头的电流过大，前置放大器这一级就将会饱和，并使信号发生畸变，从而令其性能退化。

第三个问题是电阻逐渐增大的现象(GRIP)，这与MR磁头内的导线有关。在固定磁性记录设备的使用期内，当MR磁头的电阻增加几个欧姆时，这种现象对于性能的影响要比预期的更大。因此，制造过程中提供的非常小的设计限度，会使电阻在产品使用后期增大，可能会引起前置放大器内的饱和，而导致明显的性能下降。

作为对以上三个问题的解决方案，著名、传统的HDD在JPA7-201005中有所描述。