СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1995 года по МПК G11B5/09 

Изобретение относится к технике регистрации электрических сигналов в магнитной среде и может использоваться преимущественно в системах магнитной записи цифровой информации.

В известных способах и устройствах магнитной записи применяются головки различных конструкций, которые служат для возбуждения магнитного потока током записи, проходящим через обмотку записи головки. Магнитный поток записи, действуя на носитель записи, образует в нем намагниченную область записи. Воспроизведение осуществляется при повторном прохождении области записи под головкой, в обмотке воспроизведения которой наводится считанный сигнал.

Главной задачей любого способа магнитной записи является увеличение ее плотности. Для этого сокращают размеры рабочего зазора головки записи, уменьшают толщину рабочего слоя носителя записи, увеличивают коэрцитивную силу материала носителя, иногда понижают его остаточную индукцию. Однако увеличение плотности записи всегда ведет к снижению сигнала воспроизведения и может привести к сокращению отношения сигнал/шум. Поскольку понижение сигнала воспроизведения при увеличении плотности записи носит естественный характер, задача уменьшения падения этого сигнала в технике магнитной записи не ставилась. Главным препятствием на этом пути оставалась недооценка явления размагничивания. В одних случаях размагничивание вообще не принималось во внимание, в других его влиянием пренебрегали. Предложенный способ магнитной записи и воспроизведения цифровой информации решает задачу сохранения отношения сигнал/шум воспроизведения при увеличении плотности записи.

В общем случае совокупность причинно-следственных связей параметров, характеризующих процессы магнитной записи и воспроизведения, описывается системой уравнений Максвелла. Цифровую запись удобно рассмотреть на модели эквивалентного эллипсоида, заменяющего макромагнитный диполь записи. Такая модель позволяет описать случай записи без наложения с учетом взаимодействия двух соседних переходов записанного магнитного потока и характеризуется следующими упрощениями. Предполагается, что запись осуществляется фронтами видеоимпульса, носитель внутри диполя намагничивается до насыщения, а величина магнитного потока записанного диполя в основном направлении поля записи изменяется по закону нормального распределения
ϕ(x) Φ e (1) где Φ полный магнитный поток области записи;
х координата в направлении поля записи;
а ширина рабочего зазора головки записи. При принятых допущениях амплитуда сигнала воспроизведения от записи одного перехода магнитного потока выразится так
E K₁W Φ (2) где Е амплитуда сигнала воспроизведения;
К₁ коэффициент, учитывающий размерности;
W число витков обмотки воспроизведения;
v скорость движения носителя записи.

Традиционная техника магнитной записи развивается путем сокращения в (2) ширины рабочего зазора а и в некоторых случаях (видео и цифровая запись) за счет повышения скорости движения носителя записи v. Увеличение магнитного потока области единичной записи используется косвенным образом. Так в традиционной теории магнитной записи амплитуда сигнала воспроизведения представляется как
Е k₂WvbcIk_ck_кk_щ, (2') где k₂ коэффициент;
b ширина дорожки записи;
с толщина рабочего слоя носителя записи;
I намагниченность носителя записи;
k_c, k_к и k_щ коэффициенты потерь слойных, контактных, щелевых. В отличии от (2) в (2') вместо ширины рабочего зазора фигуpиpует поперечное сечение области записи. Из (2') следует, что с уменьшением поперечных размеров области записи сигнал падает. Последние четыре сомножителя I, k_c, k_к и k_щ в (2') косвенно, в скрытом виде отражают внутреннюю структуру магнитного заряда области записи.

По предложенному способу собственный, т.е. полный магнитный поток диполя записи в (2), определяется с учетом размагничивания. Для этого использует известное выражение магнитного потока эллипсоида
Φ ВS, (3) где В индукция в эллипсоиде;
S экваториальное сечение эллипсоида, которое с учетом размагничивания
В (4 π N_x)I, (4) где N_x фактор продольного размагничивания;
I намагниченность материала эллипсоида, даст
Φ (4 π N_x)IS (5) Поскольку по определению
IS m ρabc (6) где m магнитный заряд;
ρ плотность магнитного заряда;
а, b, c диаметры эллипсоида, то окончательно
Φ=k₃ρabc(I-D_a) (7) где k₃ коэффициент;
D_a фактор размагничивания нормированный по единице.

Подставляя (7) в (2), получим
E= k₄wvρbc(i-D_a), (8) где k₄ коэффициент. Из выражения (8) следует, что при воспроизведении сигнала области единичной записи его амплитуда зависит от скорости движения носителя записи v, свойств материала носителя ρ ширины дорожки записи b, толщины рабочего слоя носителя записи с и размагничивания D_a в основном направлении магнитного потока записи. Учет размагничивания вводит структуру магнитного заряда области единичной записи в выражение (8) в явном виде.

В условиях сохранения постоянства частоты воспроизведения, равной тактовой частоте записи,
f const (9) и постоянства объемной плотности записи
аbc const (10) амплитуда сигнала воспроизведения
Е k₅ ρ (1 D_a), (11) где k₅ -4 коэффициент, будет зависеть только от свойств материала носителя записи, т.е. от плотности магнитной энергии материала носителя записи ρ и размагничивания Da.

Таким образом для увеличения сигнала воспроизведения необходимо выбирать материал носителя с высоким ρ, а в пределах этого материала выходить на рабочую точку кривой размагничивания, в которой ρ достигает максимального значения. Указанный переход должен быть совмещен с уменьшением размагничивания: согласованием рабочей области магнитного потока записи с областью единичной записи в носителе записи. При соблюдении условий (9) и (10) такое согласование обеспечивает максимальные для данного материала носителя записи сигнал воспроизведения и соответствующее ему отношение сигнал/шум.

На чертеже представлена схема взаимодействия параметров и материальных объектов, участвующих в процессах записи и воспроизведения, где на фиг. 1 изображены формы сигналов записи i(t); на фиг. 2 сигналов воспроизведения е(х) (замена аргумента осуществлена благодаря постоянству скорости движения носителя записи v const); на фиг. 3 функция ϕ (х) (1) (соответствие фиг. 1-3 обусловлено уравнениями Максвелла); на фиг. 4 виды переходов магнитного потока, записанного в рабочем слое носителя записи; на фиг. 5 приведен вид рабочего зазора магнитной головки; на фиг. 6 формы рабочей области магнитного потока записи.

Два левых столбца относятся к записи одиночных изолированных переходов записи, имеющих большую протяженность поперек дорожки записи. Традиционная теория магнитной записи описывает такой случай в одномерном или двухмерном приближении. Правый столбец относится к предложенному способу случаю двух-трехмерно взаимодействующих переходов магнитной записи. Этот случай соответствует замене области записи в рабочем слое носителя записи эквивалентным эллипсоидом. В отличии от приведенного рядом традиционного одномерного случая, в котором взаимодействие переходов не может быть полноценно учтено даже двухмерным образом, предложенный способ учитывает взаимодействие по всем трем размерам области единичной записи.

Схема взаимосвязи параметров, характеризующих процессы записи и воспроизведения, рассматривает их взаимодействие в окрестностях особых точек общего процесса. Эти точки отвечают магнитным полюсам диполя (эллипсоида) записи и соответствуют точкам перегиба производных на кривых ϕ (х), т.е. максимумам кривых е (х). Указанные особые точки закладываются при записи и служат точками оптимизации воспроизведения. В записи участвуют фиг. 1 5 6 4, в воспроизведении фиг. 4 3 5 2.

Эффективность предлагаемого способа может быть показана на следующем примере. Возьмем за основу плотность записи 1,5 Мбит/мм², реализованную фирмой IВМ в 1990 г (New Electronics Feb, 1990, p. 10), и рассмотрим возможность увеличения сигнала воспроизведения только за счет уменьшения размагничивания. Влияние материала носителя записи не будет учитываться, т.е. предполагается, что в (11) ρ= соnst.

В рассматриваемом случае область единичной записи характеризуется размерами: длина бита вдоль дорожки записи а 0,16 мкм, ширина дорожки b 4,0 мкм, толщина рабочего слоя носителя записи с 0,1 мкм, т.е. а:b:c 0,1:4,0: 0,16. Факторы размагничивания находит по таблицам (Радиотехника и электроника 1972, т. 17, N 4, с. 902). Для входа в таблицы в соответствии с их устройством (с ≅ b≅ a) необходимо переиндексировать размеры области записи с:b:a 0,1: 0,16:4,0. Определив 0,025 и 0,040, по таблицам находим М_а 0,00313 и М_в 0,38311, а по ним и D_a М_в. Результаты сводим в таблицу.

Далее по выражению (11) находим1 относительный прирост сигнала воспроизведения. Поскольку структура магнитного заряда, учтенная выражением (11), вобрала в себя все изменения размеров области единичной записи, найденный прирост сигнала равен росту отношения сигнал/шум при воспроизведении, т.е.

ΔE (12) где Δ Е относительный прирост амплитуды сигнала воспроизведения,
увеличение отношения сигнал/шум в результате согласования. Остальные обозначения в таблице следующие:
с размер, соответствующий толщине рабочего слоя носителя записи;
b размер, соответствующий длине рабочего зазора головки;
а размер, соответствующий ширине рабочего зазора головки;
Δ v относительное увеличение скорости носителя записи при соблюдении условий (9) и (10);
- выигрыш в поверхностной плотности записи.

Пpиведенные данные показывают как можно, проводя согласование по предлагаемому способу, управлять размерами области единичной записи, а через них выходными параметрами воспроизведения. При уменьшении размагничивания всегда наблюдается прирост сигнала и увеличение отношения сигнал/шум. Рост размера области записи в основном направлении магнитного потока записи согласно (9) и (10) требует увеличения скорости движения носителя записи. Как компенсацию этого нежелательного повышения скорости следует рассматривать открывающуюся возможность наращивания поверхностной плотности записи. Максимальная эффективность способа достигается при согласовании всех трех размеров области единичной записи.

При учете влияния материала носителя записи ρ= var эффективность согласования по предлагаемому способу может возрасти еще больше. Например, открывается путь для использования носителей записи, плотность энергии которых в рабочей точке кривой размагничивания в 3-5 раз больше традиционных и обеспечивается наращиванием остаточной индукции материала носителя записи, а не его коэрцитивной силы. В традиционной технике магнитной записи такие носители не используются из-за сильного размагничивания. Предлагаемый способ позволяет использовать возможности этих носителей полностью.

Таким образом реализация предлагаемого способа магнитной записи позволяет улучшать выходные параметры устройств цифровой магнитной записи. Существенным обстоятельством внедрения предложенного способа является значительное послабление по линии технологических требований. Из представленных в таблице данных видно, что предложенный способ согласования применительно к условиям планарной технологии сопровождается не уменьшением, а увеличением минимального топологического размера устройства. Поэтому способ может быть внедрен на существующей технологической базе, в то время как традиционный путь сразу же потребует дальнейшего увеличения прецизионности этой базы.

Способ магнитной записи согласованием размеров рабочей области магнитного потока записи с размерами области единичной записи в носителе записи сможет использоваться при любом виде записи: продольной, перпендикулярной, поперечной, и найдет широкое применение в технике цифровой магнитной записи.

Использование: изобретение относится к технике регистрации электрических сигналов в магнитной среде. Способ решает задачу сохранения отношения сигнал/шум воспроизведения при увеличении плотности записи. Амплитуда сигнала воспроизведения области единичной записи определяется структурой ее магнитного заряда через собственное (размагничивающее) поле области. Сущность изобретения: отличительным признаком способа является согласование размеров области единичной записи с размерами рабочей области магнитного потока записи. В качестве последней принимается форма трехосного эллипсоида. Согласование проводится в условиях сохранения постоянства частоты воспроизведения и объемной плотности записи. Согласование ведется в материалах носителя записи, рабочая точка кривой размагничивания которых в большей степени характеризуется их коэрцитивной силой, преимущественно увеличением толщины рабочего слоя носителя, а в материалах, рабочая точка которых характеризуется сильнее их остаточной индукцией, - преимущественно увеличением ширины рабочего зазора головки записи. 6 ил. 1 табл.

СПОСОБ МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ, заключающийся в возбуждении магнитного потока записи с формированием этого потока в рабочем зазоре магнитной головки по фронту видеоимпульса тока записи, подаваемого в обмотку записи этой головки, внесении носителя записи в область магнитного потока записи, намагничивании материала носителя записи до насыщения с образованием в его рабочем слое области единичной записи и в воспроизведении записанной информации с обмотки воспроизведения головки при повторном перемещении носителя в области записи под магнитной головкой, отличающийся тем, что, с целью повышения отношения сигнал/шум при воспроизведении, параметры магнитной головки и носителя записи при сохранении постоянной поверхностной плотности записи и согласования объемных размеров области единичной записи с размерами рабочей области магнитного потока записи в форме трехосного эллипсоида выбирают в соответствии с выражениями

Φ = kρabc(1-D_a),
где E амплитуда сигнала воспроизведения;
k коэффициент, учитывающий размерности;
w число витков обмотки воспроизведения магнитной головки;
v скорость движения носителя записи;
a ширина рабочего зазора магнитной головки;
Φ полный магнитный поток области единичной записи;
r плотность магнитного заряда в рабочей точке кривой размагничивания материала носителя записи;
b длина рабочего зазора магнитной головки;
c толщина рабочего слоя носителя записи;
D_а фактор размагничивания,
при этом преимущественно используют увеличение толщины рабочего слоя носителя записи или увеличение ширины рабочего зазора магнитной головки для материалов носителя записи, рабочая точка которых на кривой размагничивания представлена в основном их коэрцитивной силой или остаточной индукцией соответственно.