Brevet FR2665010A1 — publié le 19920124

DISPOSITIF MAGNETIQUE DE LECTURE A RESEAU MATRICIEL DE TETES DE LECTURE. L'invention concerne les dispositif magnétiques de lecture du type permettant de lire simultanément un grand nombre de pistes magnétiques, notamment à l'aide de têtes de lecture en position fixe par rapport aux pistes magnétiques. Les têtes de lecture actuellement encore les plus utilisées pour lire des supports magnétiques "haute densité", sont montées sur des têtes tournantes, notamment dans les magnétoscopes La vitesse de rotation des têtes magnétiques est élevée et elle est combinée au déplacement de la bande magnétique: dans cette configuration, il est possible d'extraire suffisamment de signal avec une tête de lecture purement inductive, ce qui n'est pas le cas quand une telle tête de lecture est fixe par rapport à la bande magnétique. Mais les solutions à base de têtes magnétiques tournantes présentent des inconvénients, notamment quand au poids et à l'encombrement, et aussi en ce qui concerne la fiabilité, du fait des vitesses de rotation relativement élevées. La présente invention a pour objet un dispositif magnétique de lecture multipistes, simple à réaliser et pouvant intégrer, sous un faible volume, un grand nombre de têtes de lecture susceptibles de fonctionner en position fixe par rapport à la bande magnétique. Selon l'invention, un dispositif magnétique de lecture comportant, une pluralité de têtes magnétiques de lecture, un générateur de tension délivrant une tension de commande, chaque tête de lecture incorporant un élément magnéto-résistif présentant une résistance électrique variable en fonction d'un champ magnétique extérieur, est caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de conducteurs lignes croisés avec un réseau de conducteurs colonnes, les têtes de lecture étant situées chacune sensiblement à une intersection d'un conducteur ligne avec un conducteur colonne, chaque résistance étant reliée, d'une part par une première extrémité au conducteur ligne de l'intersection correspondante, et d'autre part par une seconde extrémité ou conducteur colonne de la même intersection, et en ce que chaque conducteur ligne reçoit une première polarité de la tension de commande par l'intermédiaire d'un organe de commutation, et en ce que chaque conducteur colonne est relié, d'une part à la seconde polarité de la tension de commande, et d'autre part à un capteur de courant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux figures annexées, parmi lesquelles: la figure 1 est un schéma électrique d'un dispositif magnétique de lecture suivant l'invention; les figures 2 a à 2 e illustrent des étapes d'un procédé de réalisation de têtes de lecture magnéto-résistives; la figure 3 est une vue en coupe suivant un axe de la figure 2 e, et illustre des étapes suivantes du procédé de réalisation. La figure 1 montre un dispositif magnétique de lecture conforme à l'invention, comportant une pluralité de têtes magnétiques de lecture formant un réseau matriciel Pour simplifier la figure 1, seulement neuf têtes de lecture Ti à T 9 sont représentées qui forment trois lignes Ll,L 2,L 3 et trois colonnes Ci, C 2, C 3 de têtes de lecture Mais bien entendu, dans l'esprit de l'invention le nombre de têtes de lecture peut être différent et notamment beaucoup plus important. Le dispositif magnétique 1 comporte un réseau de conducteurs lignes Yl à Y 3 et un réseau de conducteurs colonnes Xi à X 3 Chaque conducteur ligne Yi à Y 3 et chaque conducteur colonne Xi à X 3 correspondent respectivement a une ligne Li à L 3 et à une colonne Ci à C 3 de têtes de lecture Tl à T 9 Les conducteurs lignes et colonnes Y 1 à Y 3 et Xi à X 3 sont croisés, et à chaque intersection de ces conducteurs correspond une tête de lecture Tl à T 9. Dans le dispositif de lecture de l'invention, le fonctionnement des têtes de lecture Tl à T 9 met en oeuvre un effet magnéto-résistif Les têtes de lecture Tl à T 9 comportent chacune un matériau dont la résistivité varie en fonction du champ magnétique auquel est soumis ce matériau On applique une tension de commande aux bornes de l'élément magnéto-résistif c'est à dire entre des faces ou extrémités opposées de ce matériau: le courant qui est alors engendré dans ce matériau varie avec la résistivité de ce dernier, et les variations de courant traduisent les variations du champ magnétique à lire auquel est soumis l'élément magnéto-résistif. Les capteurs a effet magnéto-résistifs sont en eux-mêmes bien connus Ils sont couramment réalisés dans des alliages tels que par exemple le Permalloy (Fe 80 Ni 20). On peut trouver des explications détaillées sur l'effet magnéto-résistif et la réalisation de capteur magnéto-résistifs dans l'article de D THOMPSON paru dans IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS, Vol 11, No 4, 1975, page 1039. Les variations du champ magnétique enregistré sur une piste magnétique (non représentée) étant traduites par une variation de la résistance électrique du matériau magnéto-résistif, c'est sous la forme d'une résistance Ri à R 9 que les têtes magnétiques de lecture Tl à T 9 sont représentées sur la figure 1. En pratique, chaque têtes de lecture Tl à T 9 est réalisée à proximité d'une intersection d'un conducteur ligne Y 1 à Y 3 avec un conducteur colonne X 1 à X 3, de la même intersection Ainsi par exemple pour la première ligne Ll de tête Tl à T 3, les trois résistances R 1 à R 3 ont leur première extrémité 2 reliée au premier conducteur ligne Y 1 et leur seconde extrémité 3 est reliée respectivement au premier, second et troisième conducteur colonne X 1, X 2 et X 3. Le dispositif magnétique de lecture 1 comporte un générateur de tension 5, produisant une tension continue de commande VC destinée à être appliquée aux bornes des résistances Rl à R 9. Suivant une caractéristique de l'invention, chaque conducteur ligne Yl à Y 3 reçoit l'une des polarité de la tension de commande VC par l'intermédiaire d'un organe de commutation I 1,I 2,I 3 Chaque organe de commutation peut être mis soit à l'état "bloqué soit à l'état "passant": dans l'état "bloqué", l'organe de commutation I 1 à I 3 présente une très grande impédance, et dans l'état "passant" il présente une très faible impédance. Le générateur de tension 5 délivre les deux polarités de la tension de commande VC par deux sorties 4, 6 dont la première est reliée à une tension de référence telle que la masse par exemple; la seconde sortie 6 délivrant la seconde polarité est reliée à une entrée El à E 3 de tous les organes de commutation i 1 à I 3. Les sorties 51,52,53 des organes de commutation I 1,I 2,I 3 sont reliées chacune à un conducteur ligne Yl,Y 2,Y 3. Les organes de commutation Il à I 3 remplissent une fonction d'interrupteur, ils ouvrent ou ferment le circuit entre la seconde polarité de la tension de commande VC et chacun des conducteurs lignes Yl à Y 3 Ces organes de commutation peuvent être constitués par différents composants en eux-mêmes classiques, par exemple les contacts d'un relais électromécanique; mais pour des questions de vitesse de commutation, il peut être plus avantageux d'utiliser des portes électroniques, de type analogique par exemple qui peuvent présenter des états "passant" ou "bloqué" compatibles avec ceux qui sont nécessaires dans la présente application, avec des transitions rapides. En effet, la résistance Rl à R 9 des éléments magnéto- résistifs est couramment de l'ordre de 10 ohms Sous une tension de commande VC de l'ordre de 1 volt par exemple, le courant nominal dans chaque résistance Rl à R 9 est de l'ordre de 0,1 ampère, et les variations du courant dues au champ magnétique à lire peuvent atteindre quelques % du courant nominal selon le type d'élément magnéto- résistif Il est donc nécessaire pour une bonne précision de mesure que le générateur de tension 5 comporte une faible résistance interne, et que tous les éléments disposés en série avec les résistances Rl à R 9 des éléments magnéto-résistifs présentent une résistance faible. Avec une telle disposition, on active ligne par ligne Ll, L 2, L 3 les têtes de lecture Tl à T 9 sélectionnées, en appliquant la tension de commande VC uniquement aux résistances Rl à R 9 correspondantes, en commandant l'état "passant" de l'organe de commutation Il à 13 correspondant A cet effet, une entrée de commande Ecl à Ec 3 de chacun des organes de commutation est reliée à un dispositif de commande et de synchronisation ( 10) en lui-même classique; ce dernier délivre par exemple un signal de commande vers l'organe de commutation à rendre "passant", et en l'absence d'un tel signal chaque organe de commutation conserve l'état "bloqué". Suivant une autre caractéristique de l'invention, d'une part tous les conducteurs colonnes Xl, X 2, X 3 sont portés en permanence au potentiel de la tension de référence, c'est à dire à la masse dans l'exemple présent, ce potentiel correspondant à la première polarité de la tension de commande VC; et d'autre part tous les conducteurs colonnes sont reliés chacun en permanence à un capteur de courant Al,A 2,A 3. Dans l'exemple non limitatif, les capteurs de courant sont montés en série entre chaque conducteur colonne Xl à X 3 et la première polarité de la tension de commande En conséquence ces capteurs de courant Ai à A 3 sont constitués chacun par un amplificateur 9 du type amplificateur opérationnel par exemple, suivant un montage classique qui permet, avec un amplificateur ayant un gain suffisant, d'obtenir une impédance d'entrée quasiment nulle Dans l'exemple non limitatif décrit, chaque amplificateur 9 comporte une entrée positive +, une entrée négative; et une sortie 01,02,03, avec une résistance de contre-réaction Cr connectée entre l'entrée négative et la sortie 01 à 03 Chaque conducteur colonne X 1 à X 3 est relié à une entrée négative d 'un amplificateur 9 Chaque entrée positive + d'amplificateur est reliée au potentiel de la masse, de telle manière que ce potentiel est reporté sur chaque conducteur colonne XI à X 3 à travers une très faible impédance. Les sorties Q 1 à 03 des amplificateurs 9 délivrent un signal en tension dont l'amplitude est fonction du courant qui circule dans les conducteurs colonnes X 1 à X 3. Dans cette configuration, l'adressage d'une ligne Li à L 4 de têtes de lecture sélectionnées s'effectue en commandant la mise à l'état "passant" de l'organe de commutation Il à I 3 correspondant La tension de commande est alors appliquée aux résistances Ri à R 9 de cette ligne sélectionnée, d'o résulte, d'une part dans le conducteur ligne Y 1 à Y 3 correspondant un courant ligne IL qui est la somme des courants dans toutes les résistances Ri à R 9 de cette ligne; et d'o résulte d'autre part dans chaque conducteur colonne X 1 à X 3, un courant il à 13 propre à chaque résistance Ri à R 9 c est à dire à chacune des têtes de lecture Tl à T 9 qui forment la ligne LI à L 3 adressée Ainsi par exemple, si la ligne adressée est la première ligne Li: le courant il qui circule dans le premier conducteur colonne Xi correspond au courant de la première tête de lecture Ti; les courant i 2 et i 3 qui circulent respectivement dans le second et le troisième conducteur colonne X 2 et X 3 correspondent respectivement à la seconde et à la troisième tête T 2 et T 3 Quand c'est le second organe de commutation I 2 qui est "passant" les autres organes Il, I 3 sont "bloqués", et les courants il,12 et i 3 correspondent respectivement à la quatrième, cinquième et sixième tête de lecture T 4,T 5,T 6; et ces courants sont ceux qui proviennent des septième, huitième et neuvième têtes de lecture T 7,T 8,T 9 quand le troisième organe de commutation I 3 est rendu "passant". La tension de commande Vc étant appliquée à travers une faible impédance au conducteur ligne Y 1 à Y 3 de la ligne Li à L 3 sélectionnée, alors que les autres conducteurs lignes des lignes non sélectionnées sont en série avec une très haute impédance, les résistances Rl à R 9 des têtes de lecture non sélectionnées n'ont en pratique aucune influence sur le courant il à i 3 qui circule dans les conducteurs colonnes Xl à X 3 et qui est injecté dans les amplificateurs 9. Les courants il à i 3 sont convertis en signaux de tension ST 1 à ST 3 par les amplificateurs 9, et ces signaux de tension sont chargés d'une manière en elle-même classique, dans un registre d'acquisition 15 Le registre d'acquisition 15 est un registre à décalage par exemple, comportant des cases de stockage C 51 à C 53 capables de stocker chacune une valeur analogique Le registre d'acquisition 15 comporte autant de case de stockage C 51 à C 53 qu'il y a de conducteurs colonne Xl à X 3, et chaque sortie Q 1 à 03 d'amplificateur est relié à une telle case de stockage. Les chargements des signaux de tension ST 1 à ST 3 sont accomplis simultanément pour toute une ligne Ll à L 3, et entre chaque chargement dans le registre d'acquisition 15, les données contenues dans ce dernier peuvent être transférées dans un dispositif de stockage 16, sous la commande du dispositif de commande et de synchronisation 10 Il est ainsi possible d'adresser les têtes de lecture Tl à T 9 ligne par ligne Ll à L 3, et notamment de façon cyclique, à une vitesse qui est liée à la dimension des informations inscrites sur une bande magnétique à lire et à la vitesse de déplacement de cette bande. Il est bien entendu possible d'utiliser de nombreuses autres méthodes, toutes connues du spécialiste, pour réaliser l'acquisition des signaux de tension ST 1 à ST 3 délivrés par les amplificateurs Al à A 3 par exemple les sorties d'amplificateurs peuvent être reliées à des dispositifs d'acquisition (non représenté) indépendants les uns des autres. Dans la présente description, l'appellation "ligne" ou "colonne" donnée aux conducteurs est arbitraire et ne préjuge pas de leur orientation Il est à noter en outre que les conducteurs lignes ne sont pas nécessairement perpendiculaires aux conducteurs colonnes, et que d'autre part la répartition des fonctions attribuées aux conducteurs lignes et colonnes pourrait être inversée entre ces derniers. Les figures 2 a à 2 e représentent des étapes d'un procédé de réalisation de têtes de lecture magnéto-résistives, par exemple par une technologie classique de film en couches minces. Ce procédé est indiqué uniquement à titre d'exemple non limitatif, pour montrer qu'il est possible d'alimenter chaque tête de lecture entre un conducteur ligne et un conducteur colonne comme montré à la figure 1. La figure 2 a est une vue de dessus qui illustre la réalisation sur un substrat 20 en verre ou en silicium isolant par exemple, de deux conducteurs 21 parallèles, constituant deux conducteurs lignes Y 1, Y 2; ces deux conducteurs lignes ayant été réalisés par exemple par gravure d'une couche électriquement conductrice, déposée sur le substrat 20 Chaque conducteur ligne Y 1,Y 2 comporte un tronçon TY 1, TY 2 perpendiculaire à la direction générale des conducteurs lignes. La figure 2 b montre qu'un troisième conducteur 23 perpendiculaire aux deux conducteurs lignes Y 1, Y 2 est formé au dessus de ces derniers Ce troisième conducteur 23 constitue un conducteur colonne, le premier conducteur colonne Xl par exemple Le premier conducteur colonne Xl croise et recouvre les conducteurs lignes Yl, Y 2, desquels il est isolé électriquement par une couche isolante 24 qui après gravure ne subsiste qu'aux intersections 25,26. La figure 2 c illustre la réalisation des éléments magnéto- résistifs MR 1,MR 2 des têtes de lecture Tl,T 4 montrées à la figure 1. Ces éléments magnéto-résistif MR 1,MR 4 sont du type comportant une couche magnéto-résistive par exemple en Permalloy (Fe 80 Ni 20), et une couche ferrimagnétique (pour la polarisation de la couche magnéto- résistive) par exemple en Fex Mn y Ces deux couches sont réalisées successivement de manière à être superposées (perpendiculairement au plan de la figure) et à s'étendre depuis chaque tronçon TY 1, TY 2 jusqu'au conducteur colonne X 1 Une première extrémité 27 de ces couches superposées est en contact électrique avec le premier conducteur colonne X 1 qu'elle recouvre partiellement; et leur seconde extrémité 28 est en contact avec le tronçon de ligne TY 1, TY 2 qu'elle recouvre partiellement La distance entre le premier conducteur colonne X 1 et les tronçons TY 1,TY 2 représente la longueur active des éléments magnéto-résistif MR 1,MR 4, c'est-à-dire la longueur L des résistances 11, R 4. La figure 2 d représente une étape suivante dans laquelle un espaceur 28 est formé au dessus d'une partie centrale de chaque élément magnétorésistif MRI 1, MR 4 En fait l'espaceur 28 est commun aux deux têtes de lecture T 1,T 4: il est constitué par une bande parallèle au premier conducteur colonne Xl et qui s'étend entre ce dernier et les tronçons TY 1,TY 2 L'espaceur 28 est constitué en un matériau non magnétique et électriquement isolant, en alumine A 12 02 par exemple ou en Si 02. La figure 2 e illustre une dernière étape dans laquelle deux pôles magnétiques 30,31 séparés par un entrefer 32, ont été réalisés au dessus de l'espaceur 28 et des éléments magnéto-résistifs pour chaque tête de lecture T 1,T 4 Ces pôles magnétiques 30,31 constituent un circuit magnétique en anneau incorporant l'élément magnéto-résistif M 11 l, MR 4 et qui permet de guider le flux magnétique jusqu'à ce dernier. Les pôles magnétiques 30,31 sont en un matériau magnétique tel que le Sendust par exemple, et ils sont réalisés de façon en elle-même classique par dépôts successifs et usinages de couches de Sendust, comme décrit par exemple dans la demande de brevet français 86 14974 au nom de THOMSON-CSF. La figure 3 montre la tête de lecture T 1 par une vue en coupe selon un axe A-A de la figure 2 e. On retrouve sur la figure 3 les léments déjà cités en référence aux figures 2 a à 2 e. Le substrat 20 porte le premier conducteur colonne X 1 et le premier tronçon TY 1 entre lesquels s'étend le premier élément magnéto-résistif MR 1 L'élément magnéto-résistif MR 1 comporte une couche 36 magnéto-résistive et une couche 35 ferrimagnétique disposée entre le substrat 20 et la couche 36 magnéto-résistive Une partie centrale de l'élément magnéto-résistif porte l'espaceur 28 autour duquel sont formés les pôles magnétiques 30, 31 Les pôles magnétiques 30,31 permettent de guider jusqu'à l'élément magnéto- résistif MR 1 l, le flux magnétique inscrit sur une bande magnétique 40 passant à proximité de l'entrefer 32. La structure de tête de lecture et son mode de réalisation montrés aux figures 2 a à 2 e et à la figure 3 sont donnés à titre d'exemple non limitatif En particulier le mode d'adressage des tête de lecture T 1 à T 9, décrit en référence à la figure 1, peut s'appliquer avantageusement à tous les types d'éléments magnéto-résistifs par exemple les structures magnéto-résistives multicouches à effet magnéto- résistif "géant", dès lors que le nombre de têtes de lecture est assez important pour que l'on cherche à diminuer le nombre des conducteurs de connexions, et que l'on cherche à annuler l'effet des têtes de lecture non selectionnées sur le courant des têtes sélectionnées. il REVENDICATIONS i Dispositif magnétique de lecture, comportant une pluralité de têtes magnétiques de lecture (Tl à T 9), un générateur de tension ( 5) délivrant une tension de commande, chaque tête de lecture (Ti à T 9) comprenant un élément magnéto-résistif (MR) présentent une résistance électrique (Ri à R 9) variable en fonction d'un champ magnétique extérieur, caractérisé en ce qu'il comporte un réseau de conducteurs lignes (Yl à Y 3) croisés avec un réseau de conducteurs colonnes (Xi à X 3), les têtes de lecture (Tl à T 9) étant situées chacune sensiblement à une intersection d'un conducteur ligne avec un conducteur colonne, chaque résistance (Ri à R 9) étant reliée d'une part par une première extrémité ( 2) au conducteur ligne (Yi à Y 3) de l'intersection correspondante, et d'autre part au conducteur colonne (Xi à X 3) de la même intersection par une seconde extrémité ( 3), et en ce que chaque conducteur ligne (Yi à Y 3) reçoit une première polarité de la tension de commande par l'intermédiaire d'un élément de commutation (Il à B 3), et en ce que chaque conducteur colonne (Xi à X 3) est relié d'une part à la seconde polarité de la tension de commande et d'autre part à un capteur de courant (Al à A 3). 2 Dispositif de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de commutation (Il à 13) est du type comportant soit un état "bloqué, dans lequel il présente une haute impédance, soit un état "passant" dans lequel il présente une basse impédance. 3 Dispositif de lecture selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur de courant (Al à A 3) est monté en série entre le conducteur colonne (Xi à X 3) et la seconde polarité de la tension de commande. 4 Dispositif de lecture selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 10) pour commander l'état "passant" de l'organe de commutation (I 1 à I 3) correspondant à une ligne (L 1 à L 3) de tête de lecture (T 1 à T 9) sélectionnées, tout en commandant l'état "bloqué" des autres organes de commutation. Dispositif de lecture selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 10, 15) pour adresser les têtes de lecture (T 1 à T 9) sélectionnées ligne par ligne, de manière cyclique. 6 Dispositif de lecture selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens ( 10,15) pour stocker simultanément des signaux (ST 1 à ST 3) délivrés par chacune des têtes de lecture (T 1 à T 9) d'une ligne (L 1 à L 3) sélectionnée. 7 Dispositif de lecture selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conducteurs lignes et colonnes (Y 1 à Y 3 et Xl à X 3) et les têtes de lectures (T 1 à T 9) sont réalisés sur un même substrat ( 20), et en ce que chaque élément magnéto-résistif (M Ri) comporte une couche ( 36) magnéto-résistive dont une première extrémité ( 27) est reliée à un conducteur colonne (X 1 à X 3) et dont la seconde extrémité ( 28) est reliée à un conducteur ligne (Y 1 à Y 3). 8 Dispositif de lecture selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'une longueur (L) de la couche magnéto-résistive ( 36) constitue la résistance électrique (R 1 à R 9). 9 Dispositif de lecture selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche magnéto-résistive ( 36) est sensiblement parallèle au substrat ( 20). Dispositif de lecture selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte une couche ( 35) ferrimagnétique de polarisation disposée entre le substrat ( 20) et la couche ( 36) magnéto-résistive. 11 Dispositif de lecture selon l'une quelconque des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que chaque couche ( 36) magnéto-résistive est reliée à un conducteur ligne (Y 1 à Y 3) par l'intermédiaire d'un tronçon (TY 1, TY 2) disposé parallèlement aux conducteurs colonnes (X 1 à X 3).