第四章 数字磁记录原理
模拟磁记录,需要记忆和存储的信息是随时间连续变化的，记录介质上留下按一定规律变化的磁场 。
数字磁记录,被记录的信号是脉冲信号，记录介质上留下的是一连串等距或不等距的饱和磁化翻转 。
写入过程媒体的磁化过程
读出过程数据的恢复过程
存储过程
抹除过程磁带机：直流抹除硬盘机：重写覆盖软盘机：边缘抹除
i
v
4.1 概述一、磁记录的基本过程二、磁存储设备的主要技术参数
1,道密度,沿磁盘径向单位长度的磁道数 (TPI或 TPMM)
GWD t
1
WG
信息道
2,位密度,磁道单位长度上所记录的二进制数的位数 (bpi或 bpmm)
m i nD
ftD
b
f,数传率 ( b/s )
t,每转时间 (s)
Dmin,最内圈磁道直径等位密度记录,
变频法变速法
3,面密度,单位面积上所记录的二进制数的位数
( b/in2 或 b/mm2 )
4,存储容量,存储器所能容纳的二进制数码的总量
( b 或 B )
非格式化容量,
f t m nC d?
f,数传率 ( b/s )
t,每转时间 (s)
m,记录面数
n,每面磁道数
5,存取时间,从所在位置到达所需求的某一位置,并完成写入或读出所需的全部时间,
Ts,找道时间,平均找道时间 Tsa= (Ts(min) +Ts(max) ) / 2
Tw,等待时间,平均等待时间 Twa = t / 2
平均存取时间 Ta ≈ Tsa + Twa
Tseek Twait Tread/write
当前道目标道目标始扇段读写完毕
6,数传率,单位时间内外存储设备向主存储器传送数码的位数,
f = Db·V
V,媒体相对于 R/W头的移动速度
7,误码率,写入一批数据并回读后所检出的错误位数与这一批数据总位数之比,
软错误：经检错后能纠正的错误硬错误：经检错后不能纠正的错误磁盘的原始误码率,10-9 ~ 10-12
光盘的原始误码率,10-5 ~ 10-6
三、磁学基础
1,磁感应强度 B、磁化强度 M和磁场强度 H的关系
B =? H
在 SI制中 A/m
磁导率（ H／ m）
T（特斯拉）
M =? H
磁化率
A/m
2、磁滞回线
Mr
Hc H
M
-Hc
-Mr
Ms
-Ms
0
a
b
c
d e
f
重要参数
Hc,矫顽力
Mr,剩余磁化强度
Ms,饱和磁化强度
S,矩形比 = Mr / Ms
磁场强度向量沿 一闭合路径的线积分等于该闭合路径所包围的电流和
3、安培环路定律
IlH d
4、电磁感应定律法拉第电磁感应定律：
t
Ne
d
d
,磁通量（ Wb：韦伯）
N,线圈匝数
e,电动势
4.2 写入过程一、磁头场函数
■ 几点假设
⑴ 磁头铁芯的? -> ∞,
⑵ 磁介质的? -> 1,
⑶ 无限极尖,
⑷ 磁头前隙内的磁场 （ Hg） 是均匀的,
g
■ 前隙内磁场 Hg
N,线圈匝数 (匝 ).
i,线圈中的电流 (A).
g,前隙长度 (m).
Hg,前隙内的磁场 (A/m)
g
i
IlH d
铁芯 前隙
iNH d lH d l
iNlHlB dd
前隙铁芯 铁芯?
iNgH g
gH N i g
Hg
g
磁力线
Hy
Hx
H
y
x
■ 卡尔奎斯特方程
22
22
)2(
)2(
ln
2
,
22
,
ygx
ygxH
yxH
y
gx
a r c t g
y
gx
a r c t g
H
yxH
g
y
g
x
■ 磁头场分析
g
x
- y/g =0.01
- y/g =0.1
- y/g =0.25
x
Hx
1,垂直磁记录以 Hy作为磁化场并沿磁道垂直磁化的记录纵向（水平）磁记录以 HX作为磁化场并沿磁道纵向磁化的记录
2、沿前隙中心线 (x=0),Hx 最大,且相对它对称,
总为正或负,
3,y/g越小,Hx 变化越快二、静态写入过程
g
等磁场强度线
Hx = H2
-Mr②② ①③ ③ ④④ Mr
Hx = Hc
Hx = H1
d
t
磁介质纵向磁化区
Mr
Hc
H1
H2 H
M
磁介质磁滞回线
①,Hx > H2,正向饱和磁化 ------- Mr
②,Hc < Hx < H2,反转磁化，但不饱和 ------- < Mr
③,H1 < Hx < Hc,不能反转磁化 ------- < |-Mr |
④,Hx < H1,------- -Mr
存在过渡区 (△ x)，
它是限制记录密度的主要因素
dM/dx = (dM/dH)·(dH/dx)
所以，要求
（ 1）磁化强度梯度大 (dM/dH)，
即媒体退磁曲线陡,矩形比大。
（ 2）水平方向磁场强度梯度 (dH/dx)大。
三、动态写入过程
t1 t2
g
v
* 后沿写入：
磁化区边界在后沿,磁化区域的长度主要取决于磁头前隙边缘磁场后沿的翻转
L = v (t2-t1)
A
B
C
D
四、自退磁现象
H
自退磁场,
磁性体被磁化后，在其内部产生的减退磁化的反作用磁场。
He= H + Hd
Hd= -NM ( N:自退磁系数）
M=?He (?:磁化率）
+
+
+
-
-
-
Hd
自相一致磁化,
达到磁场与磁化强度互相一致。
介质的剩余磁化强度（ Mr）由 Hd 和介质的磁滞回线决定 。
* 自退磁现象不仅减退 剩磁，更重要的是扩大了磁化翻转的过渡区。
Hx M(1) Hd(1)
Hx + Hd(1) M(2) Hd(2)
Hx + Hd(2) M(3) Hd(3)
…
Hx + Hd(n-1) M(n)
五、过渡区长度求 △ x的目的：评估记录系统可能有的最大翻转密度及影响密度的因素。
极限密度 = 1/△ x
a
xa r c t gMM
rx?
2?
选择反正切函数模拟过渡区的磁化分布：Mx
x/a
△ x/a
Mr
-Mr
a:过渡区参数
r
axrx M
ax
M
axd
dM
2
1
2 0
2
ax
当介质极薄时（即 t/a<<1),有：
a ≥ 2 t M r/Hc
∴ △ x(min) = 2? t Mr/Hc
极限密度 = Hc/(2? t Mr )
重要结论,欲提高记录密度，
1.减薄磁层厚度。
2.提高介质矫顽力。
3.减小浮动间隙。
4.采用磁滞回线的矩形比大的材料
5.写电流大小适中，上升时间短。
4.3 读出过程一、磁头感应电势的表达式
S N N S
根据法拉第电磁感应定律：
,进入磁头铁芯的磁通量（ Wb)
一般用互易原则来分析感应电势
w,磁道宽度（ cm); d,头盘间距（ cm);
t,磁层厚度（ cm);
x,过渡区中心至磁头前隙中心线的距离（ cm);
g -> 0：
二、读出波形的半幅宽度
S N N S
x
e
p50
p
emax
emax/2
半幅宽度 （ p50 ）：
最大幅度一半处的波形宽度底宽 （ p ),emax /10 处的波形宽度当 x=0 时,e 有最大值：
（ 1） g→0 时二、读出波形的半幅宽度
S N N S
x
e
p50
p
emax
emax/2
而 a ≥ 2 t M r/Hc
结论,
减薄介质厚度
减小头盘间距
增大介质的磁特性 (即增加 Hc/Mr)
可使半幅宽度小,波形变窄,从而提高记录密度,
（ 2） t→0 时结论,
减小前隙长度可使半幅宽度小,波形变窄,从而提高记录密度,
+
为提高记录密度，应使半幅宽度小，同时读出信号幅值保持一定,影响因素有,
（ 1）浮动间隙 d,d 越大,p50 越大,波形展宽,另外,
进入磁头的磁通量越少,emax 减小,
------ d 应尽量小
（ 2）介质厚度 t,t 越薄,p50 越小,波形变窄，
t较厚时,emax增大，但过渡区加大
------ t 应小 ( 采用磁性能好的薄膜介质,
使磁层减薄后仍有一定的读出幅度）
（ 3）前隙长度 g,减小 g,p50 减小，波形变窄，
读出时磁头前隙损失减小，故 emax增大；但前隙磁阻变小，磁头效率降低。
----- 合理选择 g
三、脉冲拥挤效应磁盘上实际记录的是一连串信息，相互会产生影响而引起脉冲拥挤效应这一重要现象。
分析脉冲拥挤效应时，采用线性迭加法。
1、当两相邻磁化翻转相隔较远时（即 Tb? Tp)
Mr-Mr -Mr
Tb
Tp
两波形底部重叠很少，
故相互影响很小,
无脉冲拥挤效应。
(1) 读出信号幅度彼此削弱：
------ 峰值减小
(2) 波峰间距离偏大：
------ 峰点偏移
2、当两相邻磁化翻转相隔较近时（即 Tb ＜ Tp)
(1)两侧波形 峰值减小 较少，中间 峰值减小 较多；
(2)中间峰点位置不变，两侧峰点向外偏移。
3、三个相隔较近的等距离磁化翻转
(1)峰值均减小
(2)中间连续部分峰点位置不变，
首尾两峰点向外偏移。
4、一连串相隔较近的等距离磁化翻转峰点偏移由脉冲两侧的增加或削弱作用的不平衡引起，最大峰点偏移发生在增加与削弱作用最不平衡处。
5、三个相隔较近的不等距离磁化翻转脉冲拥挤效应因增加磁化翻转密度导致的读出信号幅度衰减和峰点偏移现象。
在磁盘机中，读电路大多一般采用 峰点鉴别法,
所以，在读 /写电路中，采用相应的 预补偿,
以减小脉冲拥挤效应带来的峰点偏移。
4.4 数字磁记录编码将一连串数码为 1,0的二进制信号变成磁介质中相对应的磁化翻转的过程。
一、早期的非编码记录方式直接将原始的二进制数据序列写在磁介质上。
1,归零制（ RZ）
i
非磁化状态
1 0 1 1 0 特点：
介质有未被磁化的长度，
故记录密度很低。
2,不 归零制（ NRZ）
1 0 1 1 0i 特点：
去掉了未被磁化的空白区，提高了记录密度。
但读出时很困难，须加入固定的同步时钟以判断,1/0”的个数。同步时钟有两种同步方式：
（ 1）外同步：固定的专用时钟。
（ 2）内同步（自同步）：在编码中加入同步时钟。
研究磁记录编码的目的：
（ 1）不断提高记录密度。
即以较少的区域记录更多的数据。
（ 2）合理提高自同步能力，以便读出数据。
编码记录方式的几个概念：
数据序列：实际要记录的二进制数据串。
记录序列：编码后的二进制数据串。包含数据位和时钟位时钟位：同步信号位单元：编码后包括数据位和时钟位的一个单元，时钟位处于开始，数据位处于正中。
3、见,1”就翻的不归零制（ NRZ1）
规则,(1) 记录,1”时,电流方向发生变化,引起磁化翻转 ;
(2) 记录,0”时,电流方向不发生变化,不引起磁化翻转,
1 1 0 1 0 0 1
i
t
和 NRZ比：减少了磁化翻转次数。
是后来的编码记录方式的基础。
二、几种常用的编码方式
1,FM (调频制 )
编码规则,(1)记录,1”时,在位单元中心写入一个脉冲 ;
记录,0”时,在位单元中心无脉冲。
(2) 在每个位单元开头写入一个时钟脉冲,
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 数据序列
T0
数据脉冲时钟脉冲记录脉冲
1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 记录序列
i
t
写入电流磁化状态翻转规则,
(1) 记录,1” 时,位元中心产生磁化翻转，
,0,,不 ;
(2) 位元开始的边界处均产生磁化翻转,
特点,
读出数据时有固定的自同步时钟 ;
磁化翻转次数多,限定了系统的存储密度,
2,MFM (改进调频制 )
编码规则,
(1) 同 FM;
(2) 在当前位单元及它之前的位单元数据位都为 0 时，
则在当前位单元的开始处写时钟位,
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 数据序列
T0
数据脉冲时钟脉冲记录脉冲
0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 记录序列
i
t
写入电流磁化状态翻转规则,
(1) 记录,1” 时,位元中心产生磁化翻转，
,0,,不 ;
(2) 只有出现连续两个,0” 时，
才在位元开始的边界处产 生磁化翻转,
特点,
磁化翻转次数少,记录密度是 FM 的 2 倍,
连续,0”时有自同步时钟,有较强的自同步能力,
3,M2FM (改进的改进调频制 )
编码规则,(1) 同 MFM ;
(2) 在连续两个及以上位单元数据位都为 0 时，
则在前两个位单元的边界处写时钟位,以后每隔两个 位单元的边界处再写时钟位。
1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 数据序列
T0
0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 记录序列
i
t
写入电流磁化状态记录脉冲翻转规则：
(1) 记录,1” 时,位元中心产生磁化翻转，
,0,,不 ;
(2) 连续两个以上,0” 时，最前面两个,0”
的位元交界处产 生磁化翻转，以后每隔两个,0”
的边界处产 生磁化翻转,
MFM
M2FM
1.5T0
1 1 0 1 0 0 0 1 数据序列
T0
T0
1.5T0 2.5T0
MFM,Tw时钟 = 0.5T0,Tw数据 = 0.5T0
M2FM,Tw时钟 = 0.4T0,Tw数据 = 0.6T0
特点,
时钟脉冲比 MFM的间隔时间长,时钟脉冲的峰点偏移比 MFM小,故可对数据脉冲设置较大的检读窗宽,
最大峰点偏移比 MFM大,
1 0 0 0 1 1 0数据序列
T0
2.5T0 T0
M2FM
峰偏最严重
4,GCR (成组编码 )
GCR（ 4/5）,
把数据序列的每四位一组，按变换规则变成五位记录序列。
规则：
变换后的记录序列中不能出现连续 3个及以上的 0，
而变换后的记录序列仍按 NRZ1方式写入。
P272 表 4.1
磁化翻转波形图
1 0 0 0 0 0 1 0 数据序列
1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 记录序列
5,3PM (三位调制码 ),3-Position Modulation
把数据序列的每 3位一组，按变换规则变成 6位记录序列。
约束条件：
两个,1”之间至少含有 2个,0”，最多含有 11个,0”
磁化翻转波形图
0 1 0 1 1 0 1 0 1 数据序列
0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 记录序列
0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
6,(1,7)RLL码约束条件,
两个,1”之间至少含有 1 个,0”，最多含有 7 个
,0”
数据字 记录字
01 *00
10 010
11 *01
0001 *00001
0010 *00000
0011 010001
0000 010000
(1,7)码变换规则
*,前一记录序列中最末一位的反码当数据序列为 (01),(10),(11) 时,即
(Ｄ 0·Ｄ 1 ) = 0,按２－３变换,
当数据序列为 (00) 时,即
(Ｄ 0·Ｄ 1 ) = 1,按 4－ 6变换,
7,(2,7)RLL码约束条件,
两个,1”之间至少含有 2 个,0”，最多含有 7 个
,0”
数据字 记录字
11 1000
10 0100
011 001000
010 100100
000 000100
0011 00001000
0010 00100100
(2,7)码变换规则假设送来的写入数据为 1001100001010001，分别画出采用 FM,MFM和 M2FM制编码方式的磁化翻转波形图三,RLLC( Run Length Limited Code)
游程长度受限码
FM,10001－ > 1110101011
MFM,1010001 － > 01000100101001
n个,１,或,０,构成的数据串，称为长度为 n的游程。
RLLC的结构参数有５个 (d,k,m,n,r)
d,相邻,1” 之间,０,的最少个数；
k：相邻,1” 之间,０,的最多个数；
m：编码前数据序列的码长；（ m>=1)
m=1:按位编码 m>1:按组编码
n,编码后记录序列的码长；（ n>=m)
r：变换所取码长的种数。
r=1:固定长度码 r>1:可变长度码
d k m n r
FM 0 1 1 2 1
MFM 1 3 1 2 1
(1,7)RLLC 1 7 2 3 2
(2,7)RLLC 2 7 2 4 3
四、评价编码的主要指标
1,编码效率指一次磁化翻转所存储数据信息的位数。
= (d+1) mn
FM,50%
MFM,100%
(1,7),133%
(2,7),150%
2,自同步能力指从一条磁道上的读出脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。
自同步能力好，可抵消各种误差因素对读出信号的影响，提高数据的可靠性。
判别方法,用磁化翻转间隔比（Ｐ），Ｐ要小
FM,2
MFM,2
(1,7),4
(2,7),2.67
最大磁化翻转间隔最小磁化翻转间隔Ｐ ＝
= k+1d+1
3,读出分辨力指读出波形峰点的偏移量。
用检读窗宽来衡量（ Tw）,Tw大，则分辨力高。
FM,T０ / 2
MFM,T０ / 2
(1,7),2 T０ / 3
(2,7),T０ / 2
Tw = T omn
T0,编码前数据序列的周期
4,信道带宽指记录信息的频率范围。
△ f小,带宽窄,“0”和,1”的信息频率接近,抗干扰能力强
△ f = - = ( - )1T
min
1
Tmax
n
mT0
1
d+1
1
k+1
5,编码变换比
R = m/n <=1
R大,抗干扰能力强
6,可靠性指抗噪声的能力。
游程长度未受限码 － > 游程长度受限码按位编码 － > 按组编码 － > 可变长度固定变比总结,
(1) 围绕着提高自同步能力，编码效率，扩大检读窗口，减窄频带宽度，减少峰偏等方面不断发展。
(2） R大,M大,P小的编码在给定的信道中能获得最高的 Db
4.5 垂直磁记录一,纵向磁记录在进一步提高密度时的困难记录区长度 L = Le+△ x
而 △ x ∝ t,Mr / Hc
(1)提高 Hc,先后采用了?-Fe2 O3,Cr O2,掺 Co 的?-
Fe2 O3,金属。
(2) 降低 Mr 。 不可取，因会造成低的 S/N。
(3) 减小 t。 减到一定程度，会加宽过渡区，同时，均匀性的破坏和每位信息对应的剩余磁通量减小，是
S/N降低。
（ 4）减小 g。
一方面存在着制造工艺上的困难，另一方面，磁化介质的能力低。
（ 5）缩短记录波长（?）
间隔损失 Ld = 54.6 ·d /?
二、垂直磁记录的特点
磁化垂直于介质平面和介质的运动方向
随着记录密度的提高，退磁场反而减小
过渡区相互吸引且极小
+ +
+ -
+-
过渡区磁荷孤立的磁化反转高密度磁化反转两种模式的特征对比纵向 垂直三、实现垂直磁记录的重要条件
1,垂直磁记录磁头 ––– 单极型磁头获得垂直磁化场,其垂直分量与环形头的水平分量等效,
主磁极辅助磁极
2,垂直磁记录介质,垂直于表面的单轴各向异性
模拟磁记录,需要记忆和存储的信息是随时间连续变化的，记录介质上留下按一定规律变化的磁场 。
数字磁记录,被记录的信号是脉冲信号，记录介质上留下的是一连串等距或不等距的饱和磁化翻转 。
写入过程媒体的磁化过程
读出过程数据的恢复过程
存储过程
抹除过程磁带机：直流抹除硬盘机：重写覆盖软盘机：边缘抹除
i
v
4.1 概述一、磁记录的基本过程二、磁存储设备的主要技术参数
1,道密度,沿磁盘径向单位长度的磁道数 (TPI或 TPMM)
GWD t
1
WG
信息道
2,位密度,磁道单位长度上所记录的二进制数的位数 (bpi或 bpmm)
m i nD
ftD
b
f,数传率 ( b/s )
t,每转时间 (s)
Dmin,最内圈磁道直径等位密度记录,
变频法变速法
3,面密度,单位面积上所记录的二进制数的位数
( b/in2 或 b/mm2 )
4,存储容量,存储器所能容纳的二进制数码的总量
( b 或 B )
非格式化容量,
f t m nC d?
f,数传率 ( b/s )
t,每转时间 (s)
m,记录面数
n,每面磁道数
5,存取时间,从所在位置到达所需求的某一位置,并完成写入或读出所需的全部时间,
Ts,找道时间,平均找道时间 Tsa= (Ts(min) +Ts(max) ) / 2
Tw,等待时间,平均等待时间 Twa = t / 2
平均存取时间 Ta ≈ Tsa + Twa
Tseek Twait Tread/write
当前道目标道目标始扇段读写完毕
6,数传率,单位时间内外存储设备向主存储器传送数码的位数,
f = Db·V
V,媒体相对于 R/W头的移动速度
7,误码率,写入一批数据并回读后所检出的错误位数与这一批数据总位数之比,
软错误：经检错后能纠正的错误硬错误：经检错后不能纠正的错误磁盘的原始误码率,10-9 ~ 10-12
光盘的原始误码率,10-5 ~ 10-6
三、磁学基础
1,磁感应强度 B、磁化强度 M和磁场强度 H的关系
B =? H
在 SI制中 A/m
磁导率（ H／ m）
T（特斯拉）
M =? H
磁化率
A/m
2、磁滞回线
Mr
Hc H
M
-Hc
-Mr
Ms
-Ms
0
a
b
c
d e
f
重要参数
Hc,矫顽力
Mr,剩余磁化强度
Ms,饱和磁化强度
S,矩形比 = Mr / Ms
磁场强度向量沿 一闭合路径的线积分等于该闭合路径所包围的电流和
3、安培环路定律
IlH d
4、电磁感应定律法拉第电磁感应定律：
t
Ne
d
d
,磁通量（ Wb：韦伯）
N,线圈匝数
e,电动势
4.2 写入过程一、磁头场函数
■ 几点假设
⑴ 磁头铁芯的? -> ∞,
⑵ 磁介质的? -> 1,
⑶ 无限极尖,
⑷ 磁头前隙内的磁场 （ Hg） 是均匀的,
g
■ 前隙内磁场 Hg
N,线圈匝数 (匝 ).
i,线圈中的电流 (A).
g,前隙长度 (m).
Hg,前隙内的磁场 (A/m)
g
i
IlH d
铁芯 前隙
iNH d lH d l
iNlHlB dd
前隙铁芯 铁芯?
iNgH g
gH N i g
Hg
g
磁力线
Hy
Hx
H
y
x
■ 卡尔奎斯特方程
22
22
)2(
)2(
ln
2
,
22
,
ygx
ygxH
yxH
y
gx
a r c t g
y
gx
a r c t g
H
yxH
g
y
g
x
■ 磁头场分析
g
x
- y/g =0.01
- y/g =0.1
- y/g =0.25
x
Hx
1,垂直磁记录以 Hy作为磁化场并沿磁道垂直磁化的记录纵向（水平）磁记录以 HX作为磁化场并沿磁道纵向磁化的记录
2、沿前隙中心线 (x=0),Hx 最大,且相对它对称,
总为正或负,
3,y/g越小,Hx 变化越快二、静态写入过程
g
等磁场强度线
Hx = H2
-Mr②② ①③ ③ ④④ Mr
Hx = Hc
Hx = H1
d
t
磁介质纵向磁化区
Mr
Hc
H1
H2 H
M
磁介质磁滞回线
①,Hx > H2,正向饱和磁化 ------- Mr
②,Hc < Hx < H2,反转磁化，但不饱和 ------- < Mr
③,H1 < Hx < Hc,不能反转磁化 ------- < |-Mr |
④,Hx < H1,------- -Mr
存在过渡区 (△ x)，
它是限制记录密度的主要因素
dM/dx = (dM/dH)·(dH/dx)
所以，要求
（ 1）磁化强度梯度大 (dM/dH)，
即媒体退磁曲线陡,矩形比大。
（ 2）水平方向磁场强度梯度 (dH/dx)大。
三、动态写入过程
t1 t2
g
v
* 后沿写入：
磁化区边界在后沿,磁化区域的长度主要取决于磁头前隙边缘磁场后沿的翻转
L = v (t2-t1)
A
B
C
D
四、自退磁现象
H
自退磁场,
磁性体被磁化后，在其内部产生的减退磁化的反作用磁场。
He= H + Hd
Hd= -NM ( N:自退磁系数）
M=?He (?:磁化率）
+
+
+
-
-
-
Hd
自相一致磁化,
达到磁场与磁化强度互相一致。
介质的剩余磁化强度（ Mr）由 Hd 和介质的磁滞回线决定 。
* 自退磁现象不仅减退 剩磁，更重要的是扩大了磁化翻转的过渡区。
Hx M(1) Hd(1)
Hx + Hd(1) M(2) Hd(2)
Hx + Hd(2) M(3) Hd(3)
…
Hx + Hd(n-1) M(n)
五、过渡区长度求 △ x的目的：评估记录系统可能有的最大翻转密度及影响密度的因素。
极限密度 = 1/△ x
a
xa r c t gMM
rx?
2?
选择反正切函数模拟过渡区的磁化分布：Mx
x/a
△ x/a
Mr
-Mr
a:过渡区参数
r
axrx M
ax
M
axd
dM
2
1
2 0
2
ax
当介质极薄时（即 t/a<<1),有：
a ≥ 2 t M r/Hc
∴ △ x(min) = 2? t Mr/Hc
极限密度 = Hc/(2? t Mr )
重要结论,欲提高记录密度，
1.减薄磁层厚度。
2.提高介质矫顽力。
3.减小浮动间隙。
4.采用磁滞回线的矩形比大的材料
5.写电流大小适中，上升时间短。
4.3 读出过程一、磁头感应电势的表达式
S N N S
根据法拉第电磁感应定律：
,进入磁头铁芯的磁通量（ Wb)
一般用互易原则来分析感应电势
w,磁道宽度（ cm); d,头盘间距（ cm);
t,磁层厚度（ cm);
x,过渡区中心至磁头前隙中心线的距离（ cm);
g -> 0：
二、读出波形的半幅宽度
S N N S
x
e
p50
p
emax
emax/2
半幅宽度 （ p50 ）：
最大幅度一半处的波形宽度底宽 （ p ),emax /10 处的波形宽度当 x=0 时,e 有最大值：
（ 1） g→0 时二、读出波形的半幅宽度
S N N S
x
e
p50
p
emax
emax/2
而 a ≥ 2 t M r/Hc
结论,
减薄介质厚度
减小头盘间距
增大介质的磁特性 (即增加 Hc/Mr)
可使半幅宽度小,波形变窄,从而提高记录密度,
（ 2） t→0 时结论,
减小前隙长度可使半幅宽度小,波形变窄,从而提高记录密度,
+
为提高记录密度，应使半幅宽度小，同时读出信号幅值保持一定,影响因素有,
（ 1）浮动间隙 d,d 越大,p50 越大,波形展宽,另外,
进入磁头的磁通量越少,emax 减小,
------ d 应尽量小
（ 2）介质厚度 t,t 越薄,p50 越小,波形变窄，
t较厚时,emax增大，但过渡区加大
------ t 应小 ( 采用磁性能好的薄膜介质,
使磁层减薄后仍有一定的读出幅度）
（ 3）前隙长度 g,减小 g,p50 减小，波形变窄，
读出时磁头前隙损失减小，故 emax增大；但前隙磁阻变小，磁头效率降低。
----- 合理选择 g
三、脉冲拥挤效应磁盘上实际记录的是一连串信息，相互会产生影响而引起脉冲拥挤效应这一重要现象。
分析脉冲拥挤效应时，采用线性迭加法。
1、当两相邻磁化翻转相隔较远时（即 Tb? Tp)
Mr-Mr -Mr
Tb
Tp
两波形底部重叠很少，
故相互影响很小,
无脉冲拥挤效应。
(1) 读出信号幅度彼此削弱：
------ 峰值减小
(2) 波峰间距离偏大：
------ 峰点偏移
2、当两相邻磁化翻转相隔较近时（即 Tb ＜ Tp)
(1)两侧波形 峰值减小 较少，中间 峰值减小 较多；
(2)中间峰点位置不变，两侧峰点向外偏移。
3、三个相隔较近的等距离磁化翻转
(1)峰值均减小
(2)中间连续部分峰点位置不变，
首尾两峰点向外偏移。
4、一连串相隔较近的等距离磁化翻转峰点偏移由脉冲两侧的增加或削弱作用的不平衡引起，最大峰点偏移发生在增加与削弱作用最不平衡处。
5、三个相隔较近的不等距离磁化翻转脉冲拥挤效应因增加磁化翻转密度导致的读出信号幅度衰减和峰点偏移现象。
在磁盘机中，读电路大多一般采用 峰点鉴别法,
所以，在读 /写电路中，采用相应的 预补偿,
以减小脉冲拥挤效应带来的峰点偏移。
4.4 数字磁记录编码将一连串数码为 1,0的二进制信号变成磁介质中相对应的磁化翻转的过程。
一、早期的非编码记录方式直接将原始的二进制数据序列写在磁介质上。
1,归零制（ RZ）
i
非磁化状态
1 0 1 1 0 特点：
介质有未被磁化的长度，
故记录密度很低。
2,不 归零制（ NRZ）
1 0 1 1 0i 特点：
去掉了未被磁化的空白区，提高了记录密度。
但读出时很困难，须加入固定的同步时钟以判断,1/0”的个数。同步时钟有两种同步方式：
（ 1）外同步：固定的专用时钟。
（ 2）内同步（自同步）：在编码中加入同步时钟。
研究磁记录编码的目的：
（ 1）不断提高记录密度。
即以较少的区域记录更多的数据。
（ 2）合理提高自同步能力，以便读出数据。
编码记录方式的几个概念：
数据序列：实际要记录的二进制数据串。
记录序列：编码后的二进制数据串。包含数据位和时钟位时钟位：同步信号位单元：编码后包括数据位和时钟位的一个单元，时钟位处于开始，数据位处于正中。
3、见,1”就翻的不归零制（ NRZ1）
规则,(1) 记录,1”时,电流方向发生变化,引起磁化翻转 ;
(2) 记录,0”时,电流方向不发生变化,不引起磁化翻转,
1 1 0 1 0 0 1
i
t
和 NRZ比：减少了磁化翻转次数。
是后来的编码记录方式的基础。
二、几种常用的编码方式
1,FM (调频制 )
编码规则,(1)记录,1”时,在位单元中心写入一个脉冲 ;
记录,0”时,在位单元中心无脉冲。
(2) 在每个位单元开头写入一个时钟脉冲,
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 数据序列
T0
数据脉冲时钟脉冲记录脉冲
1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 记录序列
i
t
写入电流磁化状态翻转规则,
(1) 记录,1” 时,位元中心产生磁化翻转，
,0,,不 ;
(2) 位元开始的边界处均产生磁化翻转,
特点,
读出数据时有固定的自同步时钟 ;
磁化翻转次数多,限定了系统的存储密度,
2,MFM (改进调频制 )
编码规则,
(1) 同 FM;
(2) 在当前位单元及它之前的位单元数据位都为 0 时，
则在当前位单元的开始处写时钟位,
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 数据序列
T0
数据脉冲时钟脉冲记录脉冲
0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 记录序列
i
t
写入电流磁化状态翻转规则,
(1) 记录,1” 时,位元中心产生磁化翻转，
,0,,不 ;
(2) 只有出现连续两个,0” 时，
才在位元开始的边界处产 生磁化翻转,
特点,
磁化翻转次数少,记录密度是 FM 的 2 倍,
连续,0”时有自同步时钟,有较强的自同步能力,
3,M2FM (改进的改进调频制 )
编码规则,(1) 同 MFM ;
(2) 在连续两个及以上位单元数据位都为 0 时，
则在前两个位单元的边界处写时钟位,以后每隔两个 位单元的边界处再写时钟位。
1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 数据序列
T0
0 1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 记录序列
i
t
写入电流磁化状态记录脉冲翻转规则：
(1) 记录,1” 时,位元中心产生磁化翻转，
,0,,不 ;
(2) 连续两个以上,0” 时，最前面两个,0”
的位元交界处产 生磁化翻转，以后每隔两个,0”
的边界处产 生磁化翻转,
MFM
M2FM
1.5T0
1 1 0 1 0 0 0 1 数据序列
T0
T0
1.5T0 2.5T0
MFM,Tw时钟 = 0.5T0,Tw数据 = 0.5T0
M2FM,Tw时钟 = 0.4T0,Tw数据 = 0.6T0
特点,
时钟脉冲比 MFM的间隔时间长,时钟脉冲的峰点偏移比 MFM小,故可对数据脉冲设置较大的检读窗宽,
最大峰点偏移比 MFM大,
1 0 0 0 1 1 0数据序列
T0
2.5T0 T0
M2FM
峰偏最严重
4,GCR (成组编码 )
GCR（ 4/5）,
把数据序列的每四位一组，按变换规则变成五位记录序列。
规则：
变换后的记录序列中不能出现连续 3个及以上的 0，
而变换后的记录序列仍按 NRZ1方式写入。
P272 表 4.1
磁化翻转波形图
1 0 0 0 0 0 1 0 数据序列
1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 记录序列
5,3PM (三位调制码 ),3-Position Modulation
把数据序列的每 3位一组，按变换规则变成 6位记录序列。
约束条件：
两个,1”之间至少含有 2个,0”，最多含有 11个,0”
磁化翻转波形图
0 1 0 1 1 0 1 0 1 数据序列
0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 记录序列
0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0
6,(1,7)RLL码约束条件,
两个,1”之间至少含有 1 个,0”，最多含有 7 个
,0”
数据字 记录字
01 *00
10 010
11 *01
0001 *00001
0010 *00000
0011 010001
0000 010000
(1,7)码变换规则
*,前一记录序列中最末一位的反码当数据序列为 (01),(10),(11) 时,即
(Ｄ 0·Ｄ 1 ) = 0,按２－３变换,
当数据序列为 (00) 时,即
(Ｄ 0·Ｄ 1 ) = 1,按 4－ 6变换,
7,(2,7)RLL码约束条件,
两个,1”之间至少含有 2 个,0”，最多含有 7 个
,0”
数据字 记录字
11 1000
10 0100
011 001000
010 100100
000 000100
0011 00001000
0010 00100100
(2,7)码变换规则假设送来的写入数据为 1001100001010001，分别画出采用 FM,MFM和 M2FM制编码方式的磁化翻转波形图三,RLLC( Run Length Limited Code)
游程长度受限码
FM,10001－ > 1110101011
MFM,1010001 － > 01000100101001
n个,１,或,０,构成的数据串，称为长度为 n的游程。
RLLC的结构参数有５个 (d,k,m,n,r)
d,相邻,1” 之间,０,的最少个数；
k：相邻,1” 之间,０,的最多个数；
m：编码前数据序列的码长；（ m>=1)
m=1:按位编码 m>1:按组编码
n,编码后记录序列的码长；（ n>=m)
r：变换所取码长的种数。
r=1:固定长度码 r>1:可变长度码
d k m n r
FM 0 1 1 2 1
MFM 1 3 1 2 1
(1,7)RLLC 1 7 2 3 2
(2,7)RLLC 2 7 2 4 3
四、评价编码的主要指标
1,编码效率指一次磁化翻转所存储数据信息的位数。
= (d+1) mn
FM,50%
MFM,100%
(1,7),133%
(2,7),150%
2,自同步能力指从一条磁道上的读出脉冲序列中提取同步时钟脉冲的难易程度。
自同步能力好，可抵消各种误差因素对读出信号的影响，提高数据的可靠性。
判别方法,用磁化翻转间隔比（Ｐ），Ｐ要小
FM,2
MFM,2
(1,7),4
(2,7),2.67
最大磁化翻转间隔最小磁化翻转间隔Ｐ ＝
= k+1d+1
3,读出分辨力指读出波形峰点的偏移量。
用检读窗宽来衡量（ Tw）,Tw大，则分辨力高。
FM,T０ / 2
MFM,T０ / 2
(1,7),2 T０ / 3
(2,7),T０ / 2
Tw = T omn
T0,编码前数据序列的周期
4,信道带宽指记录信息的频率范围。
△ f小,带宽窄,“0”和,1”的信息频率接近,抗干扰能力强
△ f = - = ( - )1T
min
1
Tmax
n
mT0
1
d+1
1
k+1
5,编码变换比
R = m/n <=1
R大,抗干扰能力强
6,可靠性指抗噪声的能力。
游程长度未受限码 － > 游程长度受限码按位编码 － > 按组编码 － > 可变长度固定变比总结,
(1) 围绕着提高自同步能力，编码效率，扩大检读窗口，减窄频带宽度，减少峰偏等方面不断发展。
(2） R大,M大,P小的编码在给定的信道中能获得最高的 Db
4.5 垂直磁记录一,纵向磁记录在进一步提高密度时的困难记录区长度 L = Le+△ x
而 △ x ∝ t,Mr / Hc
(1)提高 Hc,先后采用了?-Fe2 O3,Cr O2,掺 Co 的?-
Fe2 O3,金属。
(2) 降低 Mr 。 不可取，因会造成低的 S/N。
(3) 减小 t。 减到一定程度，会加宽过渡区，同时，均匀性的破坏和每位信息对应的剩余磁通量减小，是
S/N降低。
（ 4）减小 g。
一方面存在着制造工艺上的困难，另一方面，磁化介质的能力低。
（ 5）缩短记录波长（?）
间隔损失 Ld = 54.6 ·d /?
二、垂直磁记录的特点
磁化垂直于介质平面和介质的运动方向
随着记录密度的提高，退磁场反而减小
过渡区相互吸引且极小
+ +
+ -
+-
过渡区磁荷孤立的磁化反转高密度磁化反转两种模式的特征对比纵向 垂直三、实现垂直磁记录的重要条件
1,垂直磁记录磁头 ––– 单极型磁头获得垂直磁化场,其垂直分量与环形头的水平分量等效,
主磁极辅助磁极
2,垂直磁记录介质,垂直于表面的单轴各向异性
