DE2430612C2 - Anordnung zur Steuerung der Lage eines Magnetkopfes, insbesondere eines magnetoresistiven Kopfes - Google Patents
Anordnung zur Steuerung der Lage eines Magnetkopfes, insbesondere eines magnetoresistiven KopfesInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es ist aus der GB-PS 1121624 bekannt, zum
Wiedergeben eines Signals einen Kopf zu verwenden, dessen einen Polschuh in zwei Teile aufgespalten ist, so
daß das Datenspursignal aus zwei Teilen besteht, die gesondert gelesen werden können. Durch Addition der
beiden Lesesignale wird grundsätzlich wieder ein Ausgangssignal erhalten, das der vollständigen Spurbreite
proportional ist, während die Subtraktion ein Differenzsignal ergibt, das ein Maß für die Querabweichun.g
zwischen Kopf und Spur ist
Diese Unterteilung eines Polschuhes ergibt jedoch bei geringen Spurbreiten, insbesondere bei Spurbreiten von
weniger als 100 um, ernste bauliche Probleme, schon darum weil der Einsatz von zwei gesondert bewickelten
Schließjoche gefordert wird. Obendrein müssen bei Serienherstellung Wirkungsgradunterschiede zwischen
den beiden Kopfhälften berücksichtigt werden, wodurch bei Anwendung in einer Servoschleife eine von Kopf zu
Kopf verschiedene Verschiebung in bezug auf die gewünschte Kopflage auftreten wird. Außerdem ist die
Kopplung zwischen den beiden Hälften beträchtlich.
Aus der US-PS 34 93 694 ist ein Mehrspurmagnetwiderstandskopf
aus einer Anzahl von separaten Magnetowiderstandsköpfen bekannt Diese Köpfe haben eine gemeinsame Elektrode und jeweils eine
eigene Elektrode, um die Spannung je Kopf messen und lesen zu können. Ein Vergleich der Spannungen der
Hälften eines separaten bzw. jedes Kopfes zur Erzeugung eines Servosignals zur Spursteuerung wird
nicht durchgeführt.
Aus der CH-PS 3 87 972 ist ein einziger Hallspannungskörper
für die Abtastung von zwei getrennten Aufzeichnungsspuren bekannt. Die beiden Teile des
Hallspannungskörpers sind lediglich steuerstromseitig miteinander verbunden. Die Hallspannungen werden
getrennt abgenommen und auch nicht miteinander verglichen.
Aus der AT-PS 2 21288 ist eine magnetisch steuerbare Halbleiterschicht bekannt, an der drei
Elektroden, eine gemeinsame Elektrode in der Mitte und zwei Gegenelektroden an den Enden, angeschlossen
sind, wobei ohne Vorhandensein eines Magnetfeldes sich der Strom von der gemeinsamen Elektrode zu den
Gegenelektroden auf zwei etwa gleich große Anteile aufteilen mag, so daß im Ruhestand kein Signal geliefert
wird, und wobei je nach Größe und Richtung eines die Halbleiterschicht senkrecht durchsetzendes Magnetfeldes
eine Verschiebung des Stromflusses in der Halbleiterschicht auftritt, so daß Signalspannungen
geliefert werden entsprechend dem abgetasteten magnetischen Signal. Eine Spursteuerung ist mit dieser
Anordnung nicht möglich.
Wenn die auf einem Aufzeichnungsmedium, z.B. einem Magnetband oder einer Magnetscheibe, geschriebenen
Daten mit Hilfe eines Magnetkopfes gelesen werden, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der
Kopf stets genau der Datenspur auf dem Aufzeichnungsmedium folgt, und zwar unabhängig von etwaigen
Verschiebungen des Aufzeichnungsmediums, die, wenn dieses Medium ein Magnetband ist, durch Schwingungen
während der Fortbewegung des Bandes auftreten können, oder wenn das Medium eine Magnetscheibe ist,
durch eine etwaige Exzentrizität der Spur herbeigeführt werden können. Dies trifft im besonderen Maße dann
zu, wenn die Daten nicht mit dem auch zum Lesen verwendeten Magnetkopf auf dem Aufzeichnungsmedium
aufgebracht wurden.
Durch ständige Erhöhung der Anzahl der die Daten enthaltenen Spuren wurde die Breite einer einzigen
Spur und der Abstand zwischen den Spuren immer kleiner. Dies bedeutet, daß hohe Anforderungen an die
Genauigkeit gestellt werden, mit der ein Magnetkopf
einer bestimmten Datenspur folgt
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur automatischen Steuerung eines Magnetkopfes
zu schaffen, so daß dieser unabhängig von der sich ändernden Breite einer Datenspur oder des sich
ändernden Verlaufes der Datenspur stets in der Mitte dieser Spur auch bei sehr geringer Breite derselben sehr
genau folgt Außerdem soll der Kopf baulich einfach gestaltet werden können. Zusätzlich soll der Kopf auch
ohne weitere konstruktive Maßnahmen als Lesekopf verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gesamtbreite des Magnetowiderstandselementes mit
der Breite der Datenspur übereinstimmt, daß das Magnetowiderstandselement einen Mittelanschluß besitzt
daß die Spannung über dem ersten Endanschluß und dem Mittelanschluß und die Spannung über dem
zweiten Endanschluß und dem Mittelanschluß abgenommen werden, daß die Differenz der beiden
Spannungen genommen und in ein Servo?ignal umgewandelt
wird und daß das Servosignal den Magnetkopf bedarfsweise verstellt
Obgleich die Anordnung mit einem Magnetowiderstandselement nach der Erfindung zur Steuerung der
Lage eines gesonderten Wiedergabekopfes verwendet werden kann, ist ein besonders vorteilhafter Aspekt der
Erfindung darin zu sehen, daß das Magnetowiderstandselement auch selber als Lesekopf benutzt werden kann.
Dadurch erübrigt sich ein gesonderter Lesekopf. Bei einem als Lesekopf verwendeten Magnetowiderstands- jo
element stellt die Summe aus der Spannung zwischen dem ersten Endanschluß und dem Mittelanschluß und
aus der Spannung zwischen dem zweiten Endanschluß und dem Mittelanschluß die über die Gesamtbreite der
Datenspur eingeschriebenen Daten dar.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Hälften des Magnetowiderstandselementes, die zu beiden Seiten des Mittelanschlusses
liegen, magnetos?atisch entkoppelt sind.
In Abhängigkeit von dem verwendeten Magnetowiderstandsmaterial kann dieses Material unter dem
Einfluß eines Magnetfeldes eine kohärente oder eine inkohärente Rotation des Magnetisationsvektors aufweisen.
Ein Material mit einer inkohärenten Rotation ergibt keine besonderen Probleme bei Anwendung in
einer Anordnung nach der Erfindung, weil die beiden Hälften des Magnetowiderstandselementes »automatisch«
entkoppeln sind. Bei Anwendung eines Materials mit einer kohärenten Rotation ist es aber empfehlenswert,
dafür zu sorgen, daß die beiden Hälften entkoppelt werden, so daß keine Austauschkopplung auftreten
kann. Dies kann z. B. dadurch erzielt werden, daß das Magnetowiderstandsmaterial in der Mitte unwirksam
gemacht wird, indem es mit einem anderen Material legiert oder darin ein Kratzer angebracht wird.
Da mit einem Magnetowiderstandselement Daten wohl gelesen, aber nicht eingeschrieben werden können,
wird in den meisten Anwendungen die Anordnung mit Magnetowiderstandslesekopf nach der Erfindung mit
einem Eingabekopf kombiniert werden müssen. Dabei kann es, z. B. in Systemen, in denen die eingeschriebenen
Daten direkt wieder gelesen werden, von Bedeutung sein, daß der Spalt des Eingabekopfes und das
Magnetowiderstandselement einander möglichst nahe liegen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung wird dies dadurch
erzielt daß das Magnetowiderstandselement in dem Spalt eines Schreibkopfes angeordnet ist
Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Beispiels näher erläutert Es
zeigt
F i g. 1 eine Ansicht eines Magnetowiderstandselementes
mit einer Vorrichtung zur Steuerung seiner Lage und
Fig.2 ein Schaltbild eines Verstärkers, mit dem ein
von dem Element nach F i g. 1 erzeugtes Signal verstärkt wird.
Beim Abtasten schmaler Magnetspuren wird ein Magnetowiderstandselement 1 mit zwei elektrischen
Anschlußpunkten 2 und 3 an den Enden und einem Mittelanschluß4 (Fig. 1) verwendet, dessen Gesamtlänge
L der verwendeten Spurbreite B entspricht
für ein Element mit einem spezifischen Widerstand ρ und einer Dicke D = 1000 A, einer Höhe H = 2 μπι und
einer Länge L = 50 μ wird der Widerstand in einem praktischen Beispiel durch
R=-
DH
gegeben. Für ein Element aus Permalloy ist die Widerstandsänderung Δ R/R unter dem Einfluß des von
dem Aufzeichnungsmedium 5 herrührenden Feldes in der Größe von 1 bis 1,5%. Das Auslesen dieser
Widerstandsänderung mit einem Strom von 1 mA liefert dann schon eine Signalspannung von 1,4 bis 2,1 mV, die
sich auf verhältnismäßig einfache Weise geräuscharm verstärken läßt. Die Verstärkung kann z. B. mittels der
in F i g. 2 dargestellten Transistorschaltung 9 erfolgen, wobei es vorteilhaft ist, daß der Widerstand des
Magnetowiderstandselementes 1 derartig ist, daß es direkt mit der Transistorschaltung verbunden werden
kann. Wenn das Substrat aus einem geeigneten kristallinen Material, wie Silicium, besteht, kann die
Transistorschaltung auf demselben Substrat wie das Magnetowiderstandselement 1 gebildet werden, um
eine integrierte Schaltung zu erhalten. Ein Vorteil dabei ist der, daß die Empfindlichkeit für Störimpulse infolge
des geringen Abstandes zwischen dem Verstärker und dem Magnetowiderstandselement 1 erheblich verringert
wird. Der Strom k durch das Magnetowiderstandselement 1 wird mit Hilfe der Spannung Eb eingestellt.
Der Kollektorspannungsunterschied V« = Vci — Va ist
dann als Regelspannung für die Servovorrichtung verfügbar, mit der die Kopflage gesteuert wird, während
das Datensignal Vordem gemeinsamen Kollektorwiderstand
des Ausgangsemitterfolgers entnommen werden kann. VV ist maximal und der Gesamtspurbreite B
proportional, wenn das Magnetowiderstandselement auf der Spur positioniert ist, während Vr dann gerade
den gewünschten Nulldurchgang aufweist.
Bei Anwendung in digitalen Systemen kann die Empfindlichkeit noch dadurch erhöht werden, daß I0 als
ein Impulsstrom mit niedrigem Tastverhältnis (duty cycle) (zur Beschränkung der Verlustleistung) ausgeführt
wird, der von dem Digitaltakt abgeleitet ist Auf diese Weise kann zu gleicher Zeit Bit-Detektion
stattfinden, oder es kann bei sich langsam bewegenden oder statisch ausgelesenen Datenträgern ein leichter zu
verstärkendes Wechselspannungssignal erhalten werden.
Im allgemeinen wird es günstig sein, wenn der Magnetowiderstandslesekopf mit einem induktiven
Eingabekopf kombiniert wird. Für ein optimales Lesen
der vom Eingabekopf aufgezeichneten Signale ist es dabei von großer Bedeutung, daß der Spalt des
Eingabekopfes genau zu dem Magnetowiderstandslesekopf parallel ist und daß der Abstand zwischen dem
Eingabekopf und dem Magnetowiderstandslesekopf gering ist. Zum Beispiel können ein integrierter
Eingabekopf und der in F i g. 1 gezeigte Magnetowiderstandslesekopf zu beiden Seiten eines planparallelen
Substrats angebracht werden. Für den Fachmann ergibt es keine Probleme, ein Substrat mit zwei zueinander ι ο
genau parallelen Seiten herzustellen, während auch die Herstellung von Magnetköpfen mit Hilfe integrierter
Techniken (sowohl in planarem als auch in geschichtetem Aufbau) aus der Technik bekannt ist.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Magneto-Widerstandselement
z. B. durch Aufdampfen in dem Spalt eines induktiven Eingabekopfes anzubringen. Namentlich im Falle eines Plattenspeichers ergibt dies
einen wesentlichen Vorteil. Durch eine derartige Anordnung wird nämlich verhindert, daß Eingabekopf
und Magnetowiderstandselement sich über verschiedene Radien bewegen werden.
Die Beziehung zwischen der Spannung über einem Magnetowiderstandselement und dem Feld des Aufzeichnungsmediums
ist tatsächlich parabolisch. Eine Linearisierung kann dadurch erzielt werden, daß man
ein magnetisches Vorspannungsfeld auf das Element einwirken läßt. Das Vorspannungsfeld an der Stelle des
Elementes mit notwendigerweise im Vergleich zu dem Feld des Aufzeichnungsmediums groß sein, aber
andererseits soll das Streufeld mit Mittel zum Erzeugen des Vorspannungsfeldes das Aufzeichnungsmedium
nicht beeinflussen können. Dies bedeutet, daß dieses Streufeld an der Stelle des Mediums im Vergleich zu
dem Feld des Aufzeichnungsmediums selber sehr klein sein muß. Auch sollen, von dem Magnetowiderstandselement
her gesehen, die Mittel zum Anlegen des Vorspannungsfeldes das Feld des Aufzeichnungsmediums
nicht verzerren. Weiter ist es erforderlich, daß zur Abgabe eines richtigen Positionierungssignals das
Detektionselement ein möglichst gleichmäßiges Vorspannungsfeld »fühlen« muß, d. h„ daß die Parallelität
zwischen der Vorrichtung zum Erzeugen des Vorspannungsfeldes und dem Detektionselement sowie ihr
gegenseitiger Abstand sehr genau definiert sein müssen.
Verschiedene Verfahren, durch die man ein Vorspannungsfeld erzeugen und auf einen Magnetowiderstandsstreifen
einwirken lassen kann, sind bekannt und können im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
Der Kopf mit dem Magnetowiderstandselement 1 kann z. B. dadurch verschoben werden, daß der Kopf auf
einem schwenk- oder verschiebbaren Arm montiert ist, der infolge der Vorspannung einer Feder und der
elektromagnetischen Kraft eines Elektromagneten 8 in einer Gleichgewichtslage gehalten wird, wenn das
Magnetowiderstandselement kein Signal abgibt, und der von dem Elektromagnet 8 aus der Gleichgewichtslage
gezogen wird, wenn vom Magnetowiderstandselement 1 ein Signal abgegeben wird, das anzeigt, daß der
Kopf nicht genau auf der Spur positioniert ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Anordnung zur automatischen Steuerung der Lage eines Magnetkopfes in bezug auf einer, auf ein
magnetisches Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Datenspur unter Verwendung eines streifenförmigen
Magnetowiderstandselementes mit zwei elektrischen Endanschlüssen, dessen Widerstand
sich in Abhängigkeit der Größe eines Magnetfeldes, das den Streifen des Magnetwiderstandselementes
durchschneidet, ändert, wodurch Signalspannungen über die Endanschlüsse erzeugt werden, wenn ein
Strom durch den Streifen fließt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite des Magnetowiderstandselementes (1) mit der Breite
der Datenspur (^übereinstimmt, daß das Magnetowidersiandselement
einen Mittelanschluß (4) besitzt, daß die Spannung über dem ersten Endanschluß (2).
und dem Mittelanschluß (4) und die Spannung über dem zweiten Endanschluß (3) und dem Mittelanschluß
(4) abgenommen werden, daß die Differenz der beiden Spannungen genommen und in ein
Servosignal umgewandelt wird und daß das Servosignal den Magnetkopf bedarfsweise verstellt
2. Anordnung zur automatischen Steuerung der Lage eines magnetoresistiven Kopfes zur Wiedergabe
magnetischer Daten in einer ausgewählten, auf ein magnetisches Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten
Datenspur, welcher Kopf aus einem streifenförmigen Magnetowiderstandselement mit zwei
elektrischen Endanschlüssen besteht, dessen Widerstand sich in Abhängigkeit der Größe eines
Magnetfeldes, das den Streifen des Magnetwiderstandselementes durchschneidet, ändert, wodurch
Signalspannungen über die Endanschlüsse erzeugt werden, wenn ein Strom durch den Streifen fließt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtbreite des Magnetowiderstandselementes (1) mit der Breite
der Datenspur (B) übereinstimmt, daß das Magneto-Widerstandselement
einen MittelanschluE (4) besitzt, daß die Spannung über dem ersten Endanschluß (2)
und dem Mittelanschluß (4) und die Spannung über dem zweiten Endanschluß (3) und dem Mittelanschluß
(4) abgenommen werden, daß die Differenz der beiden Spannungen genommen und in ein
Servosignal umgewandelt wird, daß das Servosignal den Magnetkopf bedarfsweise verstellt, und daß zur
Wiedergabe die Summe der beiden Spannungen genommen wird.
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälften des
Magnetowiderstandselementes (1), die zu beiden Seiten des Mittelanschlusses (4) liegen, magnetostatisch
entkoppelt sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Magnetowiderstandselement (1) in dem Spalt eines Schreibkopfes angeordnet ist.
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