硬盘磁头
更新时间：2011-05-27 22:20
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硬盘磁头是硬盘中对盘片进行读写工作的工具，是硬盘中最精密的部位之一。它是用线圈缠绕在磁芯上制成的，是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输，而它的工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化的原理来读写盘片上的数据，而磁头的好坏在很大程度上决定着硬盘盘片的存储密度。目前常用的有GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁头。
硬盘磁头的技术
硬盘技术的更新换代，其中一个非常重要的技术就是磁头技术，现在的硬盘单碟容量一般都在40GB以上，最高的单碟容量已经达到了80GB或更高，以后硬盘的单碟容量还将继续增大，对于单碟容量，它直接联系的技术就是磁头技术，磁头技术越先进，硬盘的单碟容量就可以做得更高。最早的磁头是采用铁磁性物质，它在不论磁头的感应敏感程度或精密度上都不理想，因此早期的硬盘单碟容量均非常低，单碟低了，硬盘的总容量就受到非常大的限制，因为在一块硬盘内封装的盘片数是非常有限的。同时早期使用的磁头在体积上也小，它使得早期的硬盘体积上相对而言比较庞大，这给用户的使用带来了非常的不便。
80年代末期，IBM研发了MR(Magneto－Resistive Head)磁阻磁头技术，磁阻磁头是基于磁致电阻效应工作的，核心是一片金属材料，其电阻随磁场的变化而变化。磁阻元件连着一个十分敏感的放大器，可以测出微小的电阻变化。之后IBM公司又开发了 GMR（GaintMagneto Resistive，巨磁阻）磁头技术，它是在MR技术的基础上研发成功的新一代磁头技术，现在生产的硬盘全都应用了GMR磁头技术。GMR巨磁阻磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，实现更高的存储密度，MR磁头能够达到的盘片密度为每平方英寸3Gb－5Gb（千兆位每平方英寸），而GMR磁头每平方英寸可以达到10Gb－40Gb以上。GMR比MR具有更高的信号变化灵敏度，从而使硬盘的单碟容量可以做得更高，最新的磁头技术为第四代GMR磁头技术（如图1）。
图1—GMR与MR磁头对比
了解台机硬盘的朋友都知道，硬盘磁头里有一个Park，硬盘不工作的时候磁头就会停在Park 这里“休息”，但由于笔记本硬盘密度太小，就连转轴中心附近也写进了数据，所以它就要在盘片的附近安装一个装置，用来防置磁头。知道这些我们就可以解释为什么笔记本硬盘在读盘的时候会产生”咯嗒、咯嗒“的声音，其实是它在”靠岸“。但这种设计也带来了一些好处，在硬盘不工作的时候，由于磁头远离盘片，所以磁头就不会出现由于震动而划伤盘片的现象（如图2）。
图2—磁头复位
硬盘磁头的相关
一、薄膜感应（TFI）磁头
在1990年至1995年间，硬盘采用TFI读/写技术。TFI磁头实际上是绕线的磁芯。盘片在绕线的磁芯下通过时会在磁头上产生感应电压。TFI读磁头之所以会达到它的能力极限，是因为在提高磁灵敏度的同时，它的写能力却减弱了。
二、各向异性磁阻（AMR）磁头
AMR（Anisotropic Magneto Resistive）90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁头的硬盘。AMR磁头使用TFI磁头来完成写操作，但用薄条的磁性材料来作为读元件。在有磁场存在的情况下，薄条的电阻会随磁场而变化，进而产生很强的信号。硬盘译解由于磁场极性变化而引起的薄条电阻变化，提高了读取灵敏度。AMR磁头进一步提高了面密度，而且减少了元器件数量。由于AMR薄膜的电阻变化量有一定的限度，AMR技术最大可以支持3.3GB/平方英寸的记录密度，所以AMR磁头的灵敏度也存在极限。这导致了GMR磁头的研发。
三、GMR（Giant Magneto Resistive，巨磁阻）
GMR磁头继承了TFI磁头和AMR磁头中采用的读/写技术。但它的读磁头对于磁盘上的磁性变化表现出更高的灵敏度。GMR磁头是由4层导电材料和磁性材料薄膜构成的：一个传感层、一个非导电中介层、一个磁性的栓层和一个交换层。GMR传感器的灵敏度比AMR磁头大3倍，所以能够提高盘片的密度和性能。
硬盘的磁头数取决于硬盘中的碟片数，盘片正反两面都存储着数据，所以一个盘片对应两个磁头才能正常工作。比如总容量80GB的硬盘，采用单碟容量80GB的盘片，那只有一张盘片，该盘片正反面都有数据，则对应两个磁头；而同样总容量120GB的硬盘，采用二张盘片，则只有三个磁头，其中一张盘片的一面没有磁头。
硬盘磁头的维修
一、硬盘磁头故障维修方法
（1） 用万用表检测硬盘磁头的5V供电电压是否正常。
（2） 测量磁头供电电路上的各主要元器件及供电芯片是否正常。
（3） 检查磁头组件底部的音圈装置的磁铁是否与底部的磁铁固定好，音圈电机是否有松动或接触不良等现象，并注意音圈电机下的固定螺丝。
（4） 检查磁头组件读写芯片的信号数据线是否损坏，检测其供电管理模块的供电电压是否正常。
（5） 检查硬盘磁头供电线路元器件、芯片及其他部件，测量硬盘供电线路中的二极管和场效应管等其他部件有无损坏，若已损坏则更换损坏的元器件。
二、维修硬盘磁头的注意事项
（1） 注意维修工具的使用
在使用硬盘维修工具时，要特别注意工具的正确使用方法，不要对硬盘本身造成人为的损伤。
（2） 不要频繁通电
在硬盘磁头故障没有准确修复完成以前，不要经常通电进行测试，以免对硬盘的磁头或盘片造成损伤。
硬盘磁头的注意
硬盘磁头的故障鉴别
事实上，要鉴别磁头故障是非常复杂的。即使打开硬盘的盘体也无法从外观上看出磁头发生了损坏——这时工程师需要依赖经验和软件工具来作出判断。例如，PC3000可以通过检测硬盘固件区的表面状况来诊断出IBM、Western Digital, 某些Seagate硬盘的磁头故障。
老硬盘由于较高的可靠性（这里我们指20－512MB的硬盘），所以不会突然损坏；但它们的磁头也会发生故障。在图3为一个容量为406MB的Quantum硬盘，它的磁头翘了起来。翘起来的磁头对于硬盘是非常危险的，它会严重的划伤磁盘表面。磁头除了会翘起来以外，也会发生断裂的现象——在IBM硬盘中这是非常典型的故障。虽然这种故障发生的概率不是很大，但是一旦发生，磁盘表面就会被完全的划伤。
图 3 — 容量为406 MB的Quantum硬盘中翘起的磁头
磁头的读写部件也会发生故障——这种情况外观一般没有明显的表现——可以使用欧姆表来检测线圈的电阻。
如果磁头的前置放大器损坏的话，硬盘也会发生敲击的现象。这种故障的检测方法不是那么简单。例如，对于Seagate硬盘需要使用一个特别的连接到硬盘的COM口（适配器的电路图如下所示）：
然后运行COM终端程序——如超级终端。当硬盘加电后，在终端窗口中可以看到如下的信息：
Interface task reset ....<略>....
Head Mask 0000 Head Mask 0001 Head Mask 0002 Head Mask 0003
硬盘会测试从0到F之间的所有磁头；然后会进入level F，或者停转。而对于 Quantum所有系列的硬盘（包括最后的系列 — Maxtor D540X 和 D740X）可以通过声音来诊断：硬盘启动后，会发出两下敲击声，然后硬盘电机逐渐提高转速，然后又发出4下敲击声，最后硬盘进入稳定的旋转状态。对于Western Digital硬盘，前置放大器的故障也可以通过声音来诊断：发出两下敲击声后主轴会停转。 Maxtor硬盘前置放大器损坏后的特点是敲击会持续超过30秒钟。Samsung硬盘前置放大器损坏后，也是会发出两下敲击声后主轴停转；不过当固件区的关键模块损坏后，Samsung硬盘也会表现出同样的现象。
