JP2011248997A - マイクロ波アシスト機能を有する磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気ディスク装置のマイクロ波アシストを行うＳＴＯＡＲ素子が、確実に発振しているか判断する。
【解決手段】電流バイアス時にＳＴＯＡＲ素子が発振すると、素子の抵抗値が高くなる。そこで、電流バイアスを出力しているヘッドＩＣにおいて、ＳＴＯＡＲ素子に印加されている電圧を検知し、電圧が閾値以上に増加した場合は発振していると判断することが可能になる。これは逆に、閾値以下の電圧の場合は、ＳＴＯＡＲ素子は発振していないと判定できる。また一定の閾値以上に電圧が達した後に抵抗値が低下する場合は、発振が弱まっていると判定できるため、電流でブーストすることでＳＴＯＡＲ素子を再び正常に発振させることが可能である。
【選択図】 図５

Description

本発明の実施形態はマイクロ波アシスト機能を有する磁気ディスク装置に関する。

近年、ＨＤＤ等の磁気ディスク装置の高記録密度化に向けて、Ｗｒｉｔｅ時に媒体表面にマイクロ波（高周波磁界）を印加して、媒体表面を情報が書き易い状態にして情報記録するマイクロ波アシストが注目されている。マイクロ波アシストはＳＴＯＡＲ素子に定電流バイアスを加えることで、素子を数十ＧＨｚオーダーで発振させてマイクロ波を出力させ、媒体のＨｃを下げ媒体を書き易い状態とする機能である。バイアスがＤＣの電流であるために制御が容易であり、搭載による敷居は高くなく、次世代の磁気ディスク装置には必要な機能となっている。

特許第４３４８３８９号公報

ＳＴＯＡＲ素子は数十ＧＨｚオーダーの発振を行っているため、ヘッドＩＣ・伝送路の信号帯域よりも一般に高周波であるので発振信号が減衰し、素子が確実に発振しているか判断することが難しい。

本発明の実施形態は、磁気ディスク装置のマイクロ波アシストを行うＳＴＯＡＲ素子が、確実に発振しているか判断することを目的とする。

電流バイアス時にＳＴＯＡＲ素子が発振すると、素子の抵抗値が高くなる。これはバイアス電流を与えるＧＭＲヘッド等の仕組みと同じである。そこで、電流バイアスを出力しているヘッドＩＣにおいて、ＳＴＯＡＲ素子に印加されている電圧を検知し、電圧が閾値以上に増加した場合は発振していると判断することが可能になる。これは逆に、閾値以下の電圧の場合は、ＳＴＯＡＲ素子は発振していないと判定できる。また一定の閾値以上に電圧が達した後に抵抗値が低下する場合は、発振が弱まっていると判定できるため、電流でブーストすることでＳＴＯＡＲ素子を再び正常に発振させることが可能である。

一実施形態に関するディスクドライブ１０の要部を示すブロック図である。 ヘッド１３及びヘッドアンプ１４の詳細を示すブロック図である。 ＳＴＯＡＲ発振の原理を示す図である。 ＳＴＯＡＲ素子の発振と抵抗値の関係を示す図である。 ＳＴＯＡＲ素子の発振を確認する回路の構成を示す図である。 第２実施形態の回路構成を示す図である。 第３実施形態の回路構成を示す図である。 第４実施形態の回路構成を示す図である。 第５実施形態の回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る磁気ディスク装置について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に関するディスクドライブ１０の要部を示すブロック図である。本実施形態のディスクドライブ１０は、磁気記録媒体であるディスク１１と、スピンドルモータ１２と、ヘッド１３と、ヘッドアンプ１４と、ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ、単にディスクコントローラと表記する）１５とを有する。スピンドルモータ１２は、ディスク１１を回転させる。ヘッド１３は、リードヘッド素子とライトヘッド素子とを含み、ディスク１１からデータを読み出し、またデータを書き込む。

ヘッドアンプ１４は一般にＩＣとして構成され、ヘッド１３により読み出された信号（リードデータ）を増幅して、ディスクコントローラ１５に伝送する。また、ヘッドアンプ１４は、ディスクコントローラ１５から出力される信号（ライトデータ）をライト電流に変換してヘッド１３に伝送する。

ディスクコントローラ１５は、リード／ライト（Ｒ／Ｗ）チャネル１７及びコントローラ１８を含む。Ｒ／Ｗチャネル１７は、データ記録再生の信号処理回路であり、ヘッド１３により読み出されたリードデータをデコードし、またライトデータをエンコードする機能を有する。コントローラ１８は、Ｒ／Ｗチャネル１７とホストシステム２０とのデータ転送を制御するインターフェースである。また、コントローラ１８は、Ｒ／Ｗチャネル１７を介してデータ記録再生動作を制御する。

ホストシステム２０は、ディスクドライブ１０を外部記憶装置として使用するパーソナルコンピュータやディジタルテレビなどのディジタル機器である。

図２は、ヘッド１３及びヘッドアンプ（ヘッドＩＣ）１４の詳細を示すブロック図である。

先ず、ヘッドアンプ１４について説明する。

リードアンプ（Ｒｅａｄ Ａｍｐ）２１は、記録媒体からＭＲ素子３０で読み取った信号を増幅させる増幅器である。リードアンプ２１は、例えば数ｍＶｐｐの信号を後段のＲチャンネル（Ｒｅａｄ Ｃｈａｎｎｅｌ）が読み取れる数百ｍＶｐｐの信号に増幅する。ライトドライバ（Ｗｒｉｔｅ Ｄｒｉｖｅｒ）２２は、データを記録媒体へ書き込むため、ライトエレメント３１に電流を流すドライバーである。ライトドライバ２２は、例えば±数十ｍＡの電流をライトヘッドに流す。

ヒータドライバ（Ｈｅａｔｅｒ Ｄｒｉｖｅｒ）２３は、ヘッド１３に設けられたヒータ３２を発熱させるためのドライバーである。ＳＴＯＡＲドライバ２４はＳＴＯＡＲ素子３３を発振させるための電流を供給するドライバーである。誤りインジケータ（Ｆａｕｌｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）２５はヘッドアンプ１４やその周辺（ヘッドなど）の異常を検出する機能を有する。シリアルポートレジスタ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｏｒｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）２６はヘッドアンプ設定用のレジスタである。モードコントローラ（Ｍｏｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）２７はプリアンプの書き込み（Ｗｒｉｔｅ）／読み込み（Ｒｅａｄ）を切り替える制御部である。

次に、ヘッド１３について説明する。

ＭＲエレメント（ＭＲ ｅｌｅｍｅｎｔ）３０は、媒体の磁気極性（Ｎ極／Ｓ極）で抵抗値が変わる素子であり、ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドがある。ＭＲエレメント３０に一定の電流／電圧を加え、抵抗値変化を電圧／電流の変化に変換する。ライトエレメント（Ｗｒｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ）３１は、記録媒体を磁化させるための素子（コイル）である。ライトエレメント３１に信号電流を流すと、コイルにて磁界が発生し、記録媒体が所望の極性に磁化して信号が記録される。ヒータエレメント（Ｈｅａｔｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）３２は発熱することでヘッドを熱膨張させ、媒体表面からヘッドまでの距離（浮上量）を制御するもので、素子自体は抵抗である。ＳＴＯＡＲエレメント３３はライト中にこの素子へ定電流を流すことで、内部の磁化が数十ＧＨｚで発振する。これにより数十ＧＨｚの高周波磁界が媒体にかかり、媒体の磁性体粒子が共鳴して反転しやすくなる。この結果、情報の書き換えが容易となる。

図３はＳＴＯＡＲ発振の原理を示す図である。

電子が磁性薄膜中を流れる時、磁性体磁化と同じ向きのスピンを持つ電子は透過し易く、磁性体磁化と反対方向を向く電子は反射し易い。反射した電子でフリー層の磁化が回転し発振する。このときの発振周波数は、例えば数十ＧＨｚである。

図４はＳＴＯＡＲ素子の発振と抵抗値の関係を示す図である。

媒体の磁性体共鳴周波数に一致する高周波磁界を媒体に印加すると、媒体磁化が振動し、媒体Ｈｃ（保磁力）が低下する。このとき、Ｗｒｉｔｅヘッドの磁界でデータを書き込む。そして、高周波磁界を除去すると、媒体が高Ｈｃに復帰し、磁性体の磁化が安定する。

図５は、ＳＴＯＡＲ素子の発振を確認するＳＴＯＡＲ素子発振確認回路の構成を示す図である。

ＳＴＯＡＲ素子３３には、定電流源３４から供給される定電流Ｉｂｉａｓが流れる。定電流源３４は抵抗３５、ＦＥＴ３６、コンパレータ３７、Ｉｂｉａｓ調整用ＤＡＣ３８を含む。ＳＴＯＡＲ素子３３を正常に発振させるためには、適切な大きさの定電流Ｉｂｉａｓを流す必要がある。従って定電流源３４は、ＤＡＣ３８により定電流の大きさが予め調節される。定電流源３４の構成は、図５に示される構成に限らず、定電流Ｉｂｉａｓを正確に調整できるものであれば一般的な他の構成を適用できる。

前述のように、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振周波数は一般に数十ＧＨｚであるから、この発振信号はＳＴＯＡＲ素子３３からコンパレータ３９までの信号経路で一般に減衰される。更に、コンパレータ３９は数十ＧＨｚの信号には応答しない一般的なものを用いる。従って、コンパレータ３９は電圧Ｖｓｔｏａｒの平均な値Ｖｓｔｏａｒ’と閾値電圧Ｖｔｈとを比較することになる。電圧Ｖｓｔｏａｒ’が閾値電圧Ｖｔｈ１より高ければ、信号Ｆａｕｌｔとして例えばＬレベルを出力し、低ければＨレベルを出力する。尚、発振成分及びノイズを除去するために、Ｖｓｔｏａｒをローパスフィルタにかけてからコンパレータ３９に入力しても良い。

ＳＴＯＡＲ素子３３は前述したように、発振していればその内部抵抗は、発振していない時より大きいので、Ｖｓｔｏａｒは比較的高い電圧となる。このとき、電圧Ｖｓｔｏａｒ’は所定電圧Ｖｔｈより大きく、コンパレータ３９は例えばＬレベルを出力する。

一方、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振が停止又は弱まっていれば、ＳＴＯＡＲ素子３３の内部抵抗は、発振している時より小さいので、Ｖｓｔｏａｒは比較的低い電圧となる。このとき、電圧Ｖｓｔｏａｒ’は所定電圧Ｖｔｈより小さく、コンパレータ３９はＨレベルを出力する。

ＳＴＯＡＲ素子３３は、図２のヘッド１３内に設けられ、定電流源３４及びコンパレータ３９はヘッドアンプ１４のＳＴＯＡＲドライバ２４に対応する。信号Ｆａｕｌｔは、誤りインジケータ２５を介してディスクコントローラ１５に伝送される。ディスクコントローラ１５において、コントローラ１８は信号ＦａｕｌｔとしてＨレベル信号を入力すると、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振が弱まっている、あるいは停止していると判断し、再びＳＴＯＡＲ素子３３が正常に発振するように、定電流源３４のＩｂｉａｓＤＡＣ３８に今までより大きな値を設定して定電流Ｉｂｉａｓを増加する。ＳＴＯＡＲ素子３３が正常に発振するまで、このＤＡＣの再設定動作は繰り返される。

以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロ波アシスト機能であるＳＴＯＡＲにおいて、素子の発振の有無が判別できるとともに、ＳＴＯＡＲ素子の発振が停止した場合でも、コントローラ１８の制御の下に正常な発振を再開できる。

次に本発明によるＳＴＯＡＲ素子発振確認回路の第２実施形態を説明する。

図６は第２実施形態の回路構成を示す図である。

この回路構成では、上記第１実施形態の構成に加え、抵抗４０と抵抗４１の直列回路が定電流源３４とＧＮＤ間に接続される。他の構成は上記第１実施形態と同様である。コンパレータ３９は、抵抗４０と抵抗４１の接続点の電圧を入力する。ＳＴＯＡＲ素子３３の電圧Ｖｓｔｏａｒは、抵抗４０と抵抗４１により分圧される。抵抗４０と抵抗４１の値は、ＳＴＯＡＲ素子３３を流れる電流Ｉｂｉａｓにできるだけ影響しないよう、大きな値が適用される。本実施形態は、ＳＴＯＡＲ素子３３に発生する電圧Ｖｓｔｏａｒが、コンパレータ３９の適切な入力範囲を超える場合に有効となる構成である。

抵抗４０、４１で分圧された電圧Ｖ１は、電圧ＳＴＯＡＲ素子３３に発生している電圧をＶｓｔｏａｒ、抵抗４０、４１の抵抗値をＲ４０、Ｒ４１とすると、次式で示される。

Ｖ１＝Ｖｓｔｏａｒ＊Ｒ４１／（Ｒ４０＋Ｒ４１）
コンパレータ３９は、この電圧Ｖ１と所定電圧Ｖｔｈ２と比較し、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振の有無を示す信号Ｆａｕｌｔを出力する。

以上説明したように本実施形態によれば、ＳＴＯＡＲ素子３３に発生する電圧Ｖｓｔｏａｒが、コンパレータ３９の入力範囲を超える場合でも、ＳＴＯＡＲ素子の発振の有無が判別できるとともに、ＳＴＯＡＲ素子の発振が停止した場合でも、コントローラ１８の制御の下に発振を再開できる。

次に本発明によるＳＴＯＡＲ素子発振確認回路の第３実施形態を説明する。

図７は第３実施形態の回路構成を示す図である。

この回路構成では、上記第１実施形態の構成に加え、電源電圧ＶｃｃとＳＴＯＡＲ素子３３の間に、第２定電流源３２、スイッチ４３の直列回路が設けられている。ＳＴＯＡＲ素子３３の発振が停止あるいは弱まると、ＨレベルＦａｕｌｔ信号が前述のようにコントローラ１８に伝送される。コントローラ１８はこのＦａｕｌｔ信号に応じて、ブーストスイッチ４３をオンにする。この結果、第２定電流源の定電流がＳＴＯＡＲ素子３３を流れる電流に加算される。従って、ＳＴＯＡＲ素子３３は再び発振を開始する。

このように本実施形態によれば、ＳＴＯＡＲ素子の発振の有無が判別できるとともに、ＳＴＯＡＲ素子の発振が停止した場合でも、コントローラ１８の制御の下に発振を再開できる。

この第３実施例の変形例として、コンパレータ３９の出力を点線で示すように、ブーストスイッチ４３の制御入力としても良い。この場合、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振が停止あるいは弱まると、コンパレータから例えばＨレベルＦａｕｌｔ信号が出力され、ブーストスイッチ４３がオンする。この結果、ＳＴＯＡＲ素子３３に流れる電流が増加され、発振が再開される。

この変形例によれば、ＳＴＯＡＲ素子の発振の有無が判別できるとともに、ＳＴＯＡＲ素子の発振が停止した場合でも、ＳＴＯＡＲドライバ２４自体で、発振を再開することができる。

次に本発明によるＳＴＯＡＲ素子発振確認回路の第４実施形態を説明する。

図８は第４実施形態の回路構成を示す図である。

この回路構成では、上記第１実施形態の構成に加え、ＳＴＯＡＲ素子３３とコンパレータ３９の間にバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４４及びピークホールド回路４５の直列回路が設けられる。ＳＴＯＡＲ素子３３からＢＰＦ４４までの経路の伝達効率が良いと、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振信号はＢＰＦ４４まで到達する。ＢＰＦ４４はＳＴＯＡＲ素子３３の発振帯域信号を抽出及び増幅する。

ピークホールド回路４５はＢＰＦ４４の出力信号のピーク値を所定時間ホールドし、ピークホールドされた信号Ｖｐを出力する。ＳＴＯＡＲ素子３３が発振していれば、信号Ｖｐの振幅は所定閾値Ｔｈ３より高く、発振停止していれば、信号Ｖｐの振幅は所定閾値Ｔｈ３より低い。コンパレータ３９は、この信号Ｖｐと所定閾値Ｔｈ３と比較し、比較結果を信号Ｆａｕｌｔとして出力する。

この信号Ｆａｕｌｔに基づいてコントローラ１８は、前述したようにＩｂｉａｓＤＡＣの設定を変更し、ＳＴＯＡＲ素子３３の発振を再開させる。

本実施形態によれば、ＳＴＯＡＲ素子の発振の有無が判別できるとともに、ＳＴＯＡＲ素子の発振が停止した場合でも、コントローラ１８の制御の下に発振を再開できる。

次に本発明によるＳＴＯＡＲ素子発振確認回路の第５実施形態を説明する。

図９は第５実施形態の回路構成を示す図である。

この回路構成は、上記第３実施形態と第４実施例を組み合わせたものである。従って動作は上記第３及び第４実施形態で説明したものと同様である。この実施形態の場合も、ＳＴＯＡＲ素子の発振の有無が判別できるとともに、ＳＴＯＡＲ素子の発振が停止した場合でも、ＳＴＯＡＲドライバ２４自体で発振を再開できる。

以上説明したように本発明の実施形態によれば、ＳＴＯＡＲ素子の発振が減少あるいは停止したことを検知し、定電流の設定を変更することによりマイクロ波の継続的発振あるいはマイクロ波が停止した場合の再開を自動で行うことが可能となる。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。例えば、本発明の変形例として、ＳＴＯＡＲ素子の電圧だけでなく電流も取得することで、除算器で抵抗値に変換することで直接抵抗値の変動を見る方式に変更できる。

１１…ディスク、１２…スピンドルモータ、１３…ヘッド、１５…ディスクコントローラ、３３…ＳＴＯＡＲ素子、３５、４０、４１…抵抗器、３７、３９…コンパレータ。

Claims (5)

1. マイクロ波アシスト素子を備えるヘッドと、
   前記マイクロ波アシスト素子に電流を供給する電流源と、
   前記マイクロ波アシスト素子に前記電流を供給することで発生するマイクロ波アシスト素子電圧と、所定電圧とを比較し、前記マイクロ波アシスト素子電圧が前記所定電圧より低い場合、前記マイクロ波アシスト素子が発振していないことを検知する検知部と、
   を具備する磁気ディスク装置。
2. 前記検知部が前記マイクロ波アシスト素子が発振していないことを検知した場合、前記電流源の出力電流を増加するコントローラを具備する請求項１記載の磁気ディスク装置。
3. 前記マイクロ波アシスト素子と並列接続され、互いに直列接続された第１及び２抵抗素子を更に具備し、前記検知部は前記第１及び２抵抗素子の接続部の電圧と所定電圧を比較する請求項１又は２記載の磁気ディスク装置。
4. 第２電流源と、該第２電流源と前記マイクロ波アシスト素子との間に接続されたスイッチを更に具備し、前記検知部は前記マイクロ波アシスト素子電圧が所定電圧より低い場合、該スイッチをオン状態に設定する請求項１又は３記載の磁気ディスク装置。
5. 前記マイクロ波アシスト素子電圧を濾波するバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタの出力電圧のピーク値をホールドするピークホールド回路を更に具備し、前記検知部は前記ピークホールド回路の出力信号と所定電圧とを比較する請求項１〜４のうち１項記載の磁気ディスク装置。

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