磁介质中的可变的位纵横比

摘要

本申请中公开了磁介质中的可变的位纵横比。一种装置包括写换能器、能量源和控制器。写换能器被配置为将数据写入到磁记录介质，而能量源被配置为在它正由写换能器写入时加热磁记录介质。控制器耦合到写换能器，并被配置为至少调节能量源的工作功率，以可选择地使得具有可变的位纵横比的位写入到磁介质。

说明书

摘要

本公开的实施例涉及用于在磁记录介质中改变位纵横比的方法。一些实施 例包括写换能器、能量源以及磁记录头中的控制器。写换能器被配置为向磁记 录介质写入数据，而能量源被配置为在磁记录介质正由写换能器(例如，在热 辅助磁记录期间，“HAMR”)写入时加热磁记录介质。控制器耦合到写换能器， 并被配置为至少调节能量源的工作功率，以可选择地使得具有可变的位纵横比 的位写入到磁记录介质。

一些实施例包括在磁记录介质上提供变化的位纵横比的方法。该方法可根 据位纵横比是否被预先确定而变化。例如，一种方法可包括接收请求，其中该 请求可以是与记录介质的区域相关联的读或写请求。确定与读或写请求相关联 的区域，并且还确定与该区域相关联的目标位纵横比。然后通过使用相关联区 域的目标位纵横比执行读或写请求而实现读或写请求。

其它实施例包括在可能未预先确定位纵横比的磁记录介质上提供变化的位 纵横比。该方法包括：从位纵横比的范围中选择位纵横比。然后调节磁记录头 的能量源的工作功率，以使得具有选择的位纵横比的位写入到磁介质。

鉴于下面的详细论述和附图，可以理解各种实施例的这些和其它的特征和 方面。

附图简要说明

图1是根据各种实施例的激光装置的透视图；

图2示出根据各种实施例的具有多个区域的磁记录介质；

图3示出根据各种实施例的磁记录介质上的多个位；

图4是根据各种实施例的磁记录系统的框图；

图5是根据各种实施例的磁记录头的横截面视图；

图6是根据各种实施例的可变的位纵横比容量的图表；

图7是根据各种实施例的方法的流程图；以及

图8是根据各种实施例的方法的流程图。

详细说明

磁数据存储系统通常包括向记录介质写信息和从记录介质读信息的一个或 多个磁记录头。由于各种原因，数据存储在记录介质上。例如，可能存储大量 的数据，同时预期很少或不频繁地访问这样的数据。替代地，数据可被存储， 同时预期频繁的、可靠的、快速的访问。这些预期由存储在单个记录介质上的 数据量满足。例如，大容量记录介质倾向于具有较小的位纵横比，以适应介质 上增加的存储位数。较高性能的介质通常具有较大的位纵横比，以适应访问需 求。本公开的实施例可通过改变磁记录介质上的位纵横比而在单个磁记录介质 上满足这两种信息存储偏好。

示例数据存储系统、硬盘驱动器包括磁记录头装置。磁记录头装置位于接 近旋转磁介质放置的滑块上。磁介质可配置用于用磁记录头装置读出和/或写入 数据。面对磁介质的磁记录头装置的表面包括也被称为空气轴承表面(ABS) 的头介质接口(HMI)。

靠近HMI，磁记录头装置包括由一个或多个屏蔽保护的、从磁介质读出数 据的一个或多个磁读出头。同样靠近HMI，磁记录头装置包括写换能器，该写 换能器具有用于将数据写入磁介质的一个或多个磁写入头。磁写入头包括写入 线圈、主写入极和写入返回极。

写入加热器组件还可位于写入极中的一个附近或者在写入极之间。读出加 热器组件可位于一个或多个磁读出头附近。

在一些实施例中，通过包括图1所示的激光装置100，为热辅助磁记录 (HAMR)配置磁记录头装置。激光装置100包括被配置为产生激光的能量源 102(例如激光二极管)，所述激光给近场换能器(NFT)的光学天线112提供 能量。由激光二极管产生的激光通过光学波导110而被引导到NFT，并通过抛 物面反射镜106或诸如锥形光波导的其它聚焦设备聚焦在光学天线112上。激 光装置100也邻近HMI和主写入极(图1中未示出)，HMI在图1中被示为平 面108。能量源102可被安装在磁记录头装置的外部或内部。

包括激光装置100的滑块横跨图1中x轴上的磁记录介质移动，图1中x 轴也被称为横跨磁道(cross-track)方向。相对于滑块，磁记录介质在正交的z轴 方向上旋转，z轴方向被称为下磁道(down-track)方向。首先越过下磁道方向上 旋转记录介质的任意位置的滑块的边缘被称为前缘，而最后越过记录介质位置 的滑块的边缘被称为后缘，由平面104指定。随着磁记录介质相对于滑块旋转， 具有激光装置100的磁记录头装置向转动磁记录介质读出和/或写入位。

图2示出示例磁记录介质202，用于读出或写入具有变化的位纵横比的位。 在这个实例中，具有变化的位纵横比的位被分隔成记录介质202上的不同区域。 第一区域定义离圆周最接近的磁记录介质202的一部分，或者介质202的外边 缘。第二区域206定义离介质202的中心最接近的磁记录介质202的一部分。 当示出两个区域204、206时，磁记录介质202可包括任意数量的区域。此外， 虽然示出的区域204、206包含整个磁道长度(圆形区域)，但区域可由磁道的 一部分(楔形区)定义。

不同的区域204、206包括具有不同位纵横比的位。位纵横比(BAR)是位 的下磁道尺寸相对于位的横跨磁道尺寸之比。例如，插图208示出区域204的 位比插图210中所示的区域206的位更长且更窄。当与区域206的位比较时， 区域204的位具有更大的下磁道尺寸和更小的横跨磁道尺寸。因此，区域204 的位具有比区域206的位更高的位纵横比。

在一些实施例中，磁记录介质的某些区域可具有比其他区域不同的目标位 纵横比。这个可变的位纵横比容量可用于在介质上指定不同的区域以用于不同 的目的。某些区域可被指定用于性能，而其他区域可被指定用于容量。磁记录 介质的多个部分的这种差异可用于提供单一介质的最佳功能，例如，当需要磁 盘驱动器的部分用于性能而另一部分用于容量时。

在图3中进一步示出位纵横比。显示在两个相邻磁道中的四个位。如上所 阐述，位纵横比被定义为位的长度302(下磁道尺寸，L)除以位的宽度304(横 跨磁道尺寸，W)。通过测量相邻位的宽度的中心点之间的横跨磁道的距离来定 义磁道间距(S)。这两个示出的磁道的位具有相同的位纵横比。如上论述中所 述，这些磁道可位于相同的区域中。如果相邻磁道位于不同的区域中，则位可 具有不同的位纵横比。下面进一步论述具有变化的位纵横比的位的写入。

图4示出磁记录系统。该系统包括硬盘驱动器控制器402、滑块404和磁记 录介质406。硬盘驱动器控制器402包括被配置为执行磁记录系统的多个功能的 控制电路。数字数据由读/写(R/W)控制器412接收，例如沿着线450从主机 处理器(图4中未示出)接收。可变的位纵横比(VBAR)控制器410向读/写 (R/W)控制器412提供位纵横比信息。对于读操作，由VBAR控制器410提供 的位纵横比信息包括正被读取的位的长度和/或宽度。R/W控制器412修改读通 道414的操作，以根据位纵横比信息适应具有特殊位纵横比的位。修改读通道 操作可包括根据正被读出的位的长度而缩短或延长读出时间。修改读通道操作 可包括根据正被读出的位的宽度而选择用于读操作的一个或多个读取头。

对于写入操作，R/W控制器412使用由VBAR控制器410提供的位纵横比 信息，以控制或修改写通道416的操作。修改写通道的操作可包括根据正被写 入的位的长度而缩短或延长激活写换能器的时段。VBAR控制器410还可向用 于为激光二极管420供能的功率控制电路418提供信息。例如与较窄的位的能 量需求相比，较宽的位可能需要较多能量给激光二极管。

滑块404包括一个或多个读换能器422、一个或多个写换能器424以及能量 源(例如激光二极管420)。该能量源被配置为当它由写换能器424写入时加热 磁记录介质406。

当写入到磁记录介质406时，可变的位纵横比控制器410将目标位纵横比 通知给R/W控制器412和功率控制器418。R/W控制器412通过写通道416耦 合到写换能器424，并且选择一个或多个写换能器424以执行写入。R/W控制 器412被配置为调节能量源420的至少一个工作功率，以可选择地使得具有可 变的位纵横比的位被写入到磁介质406中。根据目标位纵横比调节写通道416。

例如，为了控制目标位纵横比的横跨磁道尺寸，功率控制器418调节提供 给激光二极管420的功率。通过增加激光二极管420的功率，写入较宽的位(具 有较大的横跨磁道尺寸的位)。相反，通过减小激光二极管420的功率，写入较 窄的位(具有较小的横跨磁道尺寸的位)。框430示出两个激光二极管功率信号。 当与具有较高幅度的电流或电压的较高的功率信号430b(虚线)相比时，较低 的功率信号430a(实线)具有较低幅度的电流或电压。在一些实施例中，选择 激光功率以跨越允许每个平台一个写入器设计的产品的范围而提供最佳的位宽 度。

替代地，或除了调节横跨磁道尺寸，写入的位的下磁道尺寸由一个或多个 写换能器424控制。对于较长的位，磁场被施加得较长，而以较短的时间用施 加的磁场写入较短的下磁道尺寸。插图框416a显示对应于写较短的位的写通道 信号。插图框416b显示对应于写较长的位的写通道信号。为了控制这两个位尺 寸的写入，可变的位纵横比控制器410不仅确定和/或指示目标位纵横比，而且 还确定和/或指示目标横跨磁道尺寸(例如到功率控制418)和下磁道尺寸(例 如，通过R/W控制器412到写通道416)。

HAMR可变的位纵横比的特性允许使用相同的头设计和/或晶圆设计(其包 括许多头)，从而实现具有单个(或少数)设计的大范围的产品写入器需求。

当读取可变的位纵横比的位时，可变的位纵横比控制器410通过R/W控制 器412通知读通道414将被读取的位的横跨磁道尺寸。R/W控制器412操作以 修改读通道，使得来自一个或多个适当的读换能器422、一个或多个读换能器的 信号用于执行读取，所述一个或多个读换能器对应于或容纳将被读取的位的横 跨磁道尺寸。图5中进一步示出多个读和写换能器的配置。

图5示出ABS处的滑块的横截面。对于读取器来说，面密度对于约0.9的 读取器与磁道宽度比可能是最优。因此，具有多个读换能器来寻址位宽度的范 围可能是有益的。滑块包括多个读换能器502、504，包括较大的读换能器502 (具有较大的横跨磁道尺寸)和较小的读换能器504(具有较小的横跨磁道的尺 寸)。多个读换能器502、504位于读取器屏蔽(未示出)之间，任选地共享共 同的屏蔽，在下磁道方向上彼此串联。一些实施例可包括：读换能器并排位于 横跨磁道方向上。在这些实施例中，来自一个读换能器或多个读换能器的信号 可用于读取位。在使用横跨磁道方向上被并排读取的读换能器的实施例中，读 换能器可使用一个或多个共同的屏蔽。

读换能器502、504无需彼此相邻地放置；然而，将它们靠近放置便于滑块 的高效制造。例如，在读取器屏蔽之间的相同间隙中放置多个读换能器为额外 的读换能器添加最小的成本。在一些配置中，可通过晶圆携带用于每个读换能 器的枢轴，例如垂直的电连接，以及在后期掩蔽步骤中，可作出关于将使用哪 个读换能器的决定。然后在晶圆的上表面提供适当的电连接。此外，如果读换 能器具有低产量，则多个读换能器可通过滑块和控制器之间的电连接来连接， 使得可利用最好的读取器。这些方法允许单一的设计，而可应用于各种产品的 晶圆实现进一步降低了制造和设计中的成本和复杂性。

不同尺寸的读换能器502、504对应于变化的位纵横比的不同横跨磁道尺寸。 例如，大的读换能器502的横跨磁道尺寸对应于磁记录介质的最大/最宽的位纵 横比的横跨磁道尺寸。同样地，小的读换能器504的横跨磁道尺寸对应于磁记 录介质的最小/最窄位纵横比的横跨磁道尺寸。因此，读换能器502、504可被配 置为读取不同的可变的位纵横比，使得通过选择正确的读-写偏移而为读请求选 择适当的读换能器502或504。虽然显示了两个读换能器，但滑块上可包括任意 数目的读换能器(三个或更多)。

可替代地，滑块可包括具有横跨磁道尺寸的单个读换能器，所述横跨磁道 尺寸对应于记录介质的可变的位纵横比的最大/最宽的横跨磁道尺寸。在这种配 置中，可使用相邻磁道的多级解码而读出具有比读换能器的横跨磁道尺寸更窄 的横跨磁道尺寸的位。在多级解码中，同时读出两个或更多个磁道，使得相干 磁道被处理成单一的信号，例如，每个磁道的电压之和。因为在同时读出的磁 道中不同的数据模式可导致相同的和，通过映射写过程中的算法和读过程中对 应的逆映射算法而解决模棱两可。

在本文公开的配置中，还可使用二维解码读出具有比读换能器的横跨磁道 尺寸更窄的横跨磁道尺寸的位。由于相邻磁道的至少一部分与预期的磁道一起 被同时读取，磁道记录不准确造成读出头的干扰。因此，在二维解码中，来自 一个或多个相邻磁道的干扰被迭代地取消以处理两个或更多个检测的信号。

滑块还包括写换能器。写换能器包括近场换能器510(NFT)、小的写入极 部分换能器506、两个大的写入极部分换能器508和返回极505。正如上面所论 述，通过调节能量源(例如用于给NFT 510供能的激光二极管)的工作功率， 可以有选择地写入变化的位纵横比。通过生成与单一的宽的写入极相联系的可 变横跨磁道尺寸的热点，改变写入的位的横跨磁道尺寸(例如，小的写入极部 分换能器506，或具有对应于部分506和508中一个或两个之和的横跨磁道尺寸 的单个写入极)。热点的横跨磁道尺寸可变化，例如通过调节激光工作功率、使 用不同的光路或NFT、使用微电子机械(MEMS)聚焦器、使用不同波长的光 和/或使用不同的激光。因此，单个写入极可以与多于一个NFT一起使用，或者 单个NFT可具有可调节的光束大小。在进一步的实施例中，通过在第一周期写 入位部分，然后在第二周期写入具有预先确定偏移的位的第二部分，单个写入 极可用于写入具有增加的横跨磁道尺寸的位。在这些实施例中，用于该位的第 一和第二部分的激光功率可以相同。

也可使用多个写元件来实现变化的横跨磁道尺寸。例如，彼此位于下磁道 的不同横跨磁道尺寸的两个写入极可用于写入具有对应于两个写入极的横跨磁 道尺寸的总和的横跨磁道尺寸的位。另外，小的写入极部分换能器506可与可 选的扩展、一个或多个大的写入极部分换能器508一起使用，以选择性地增加 写入的位的横跨磁道尺寸。当图5的滑块被示为具有多个读换能器和写换能器， 本公开的实施例可包括与一个或多个写换能器结合的一个或多个读换能器。

图6中显示了HAMR记录过程的可变的位纵横比(vBAR)容量。图表示 出了具有沿x轴的每英寸(千)位和沿y轴的每英寸(千)磁道的位纵横比。 随着位纵横比和每英寸位的减少，每英寸磁道增加。图6的位纵横比包括对相 同的磁记录头在两天测试期间获得的比。如上面所论述，通过调节激光功率来 实现变化的位纵横比。通过调节激光功率并重新调谐通道，可将位纵横比从约 5.1的值调节到约2.5。这个可调范围可被进一步调节。

在一些实施例中，该范围位纵横比可经调节以适应磁记录介质上的多个区 域，如图2所示。例如，位于记录介质的外边缘处、在介质的圆周处或附近的 一个或多个区域可能与值为5的目标位纵横比相关联，值为5的目标位纵横比 具有用于高性能的大约每平方英寸425千兆位(GBPSI)的面密度容量(ADC)。 离盘中心较近的一个或多个区域可具有3.5或更低的目标位纵横比，具有大约 575GBPSI的ADC。在此配置中，离盘的中心较近的区域可被实质上针对容量 被优化。

一些实施例涉及在磁记录介质上提供变化的位纵横比的方法。图7示出一 种示例方法，该方法可由图4所示的系统在硬件和/或软件中实现。由磁记录头 接收读或写请求700。该请求包括各种指令，并包括关于磁记录介质的区域的信 息。从接收的请求确定与读或写请求相关联的区域702。该区域可以定义具有各 种尺寸和形状的磁记录介质的区域。例如，区域可被定义为与圆形介质的外缘 或内缘相关的预先确定数量的磁道，例如，临近圆形介质的外圆周100千磁道。 然后确定与标识的区域相关联的目标位的比704。磁记录头然后通过使用确定的 目标位纵横比来执行请求，来满足读或写请求706。执行该请求可包括调节磁记 录头的能量源的工作功率，正如上面所论述。如果请求是写请求，通过：改变 位的下磁道尺寸和改变位的横跨磁道尺寸中的一个或两个，执行写请求可包括 调节写通道。

其他方法实施例示于图8中，首先，从位纵横比的范围中选择位纵横比800。 位纵横比可由磁记录头的控制器自动选择或由操作者手动输入。然后调节磁记 录头的能量源的工作功率，以使得具有选择的位纵横比的位被写入到磁记录介 质802。在某些实施例中，调节写通道以使得具有选择的位纵横比的位被写入到 磁介质804。可通过调节磁记录头的工作功率来调节写通道。例如，增加的磁记 录头功率导致更宽的位被写入——增加了位的横跨磁道尺寸和相应的写通道。 替代地，降低的工作功率生成写入位的较窄的横跨磁道尺寸。

将理解的是：尽管已经在前面的描述中阐述了各种实施例的许多特征连同 各种实施例的结构和功能的细节，该详细说明仅仅是说明性的，并且可在细节 上做出改变，特别是与由各种实施例示出的部件的结构和布置有关，所述各种 实施例的全部范围由在其中表达所附权利要求的术语的广泛普遍意义所指示。