專利名稱：高輸入阻抗單端、低供電電壓磁阻前置放大器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)磁阻(MR)元件采用前置放大器電路的磁盤記錄存儲(chǔ)系統(tǒng)。本發(fā)明具體涉及改進(jìn)的用于MR元件的具有高阻抗的前置放大器電路，這樣所得的系統(tǒng)對(duì)把MR元件與前置放大器連接起來所必須的導(dǎo)線的串聯(lián)輸入電感將不敏感。
典型的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)包括至少一個(gè)支撐在主軸上并由磁盤驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)的磁盤。每一磁盤上的磁記錄介質(zhì)在磁盤上呈同心數(shù)據(jù)道的環(huán)形圖案的形式。
至少有一個(gè)滑塊位于磁盤上，每一滑塊支撐著一個(gè)或多個(gè)用于從磁盤讀取數(shù)據(jù)或向其寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件。在磁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊在磁盤表面之上徑向里外運(yùn)動(dòng)，使得磁頭可以訪問記錄所需要的數(shù)據(jù)的磁盤上不同的部分。每一滑塊通過一懸臂裝設(shè)在一定位器臂上。懸臂提供了使滑塊傾向磁盤表面的輕微的彈力。每一定位器臂裝設(shè)在致動(dòng)器組件上。致動(dòng)器組件通常包括音圈電動(dòng)機(jī)(VCM)。VCM包括一可在固定磁場內(nèi)移動(dòng)的線圈，線圈移動(dòng)的方向和速度由致動(dòng)器控制器提供的電流信號(hào)控制。
在磁盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)工作期間，磁盤的旋轉(zhuǎn)在滑塊和磁盤表面之間產(chǎn)生一空氣軸承，該空氣軸承對(duì)滑塊施加一向上的力或升力。這樣在正常工作期間，空氣軸承平衡了懸臂輕微的彈力，并支撐滑塊稍微離開磁盤表面之上一個(gè)很小的、基本上固定的間隔。
磁盤驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的各種組件在工作中由控制單元產(chǎn)生的控制信號(hào)控制?？刂菩盘?hào)包括，例如控制信號(hào)和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。一般，控制單元包括邏輯控制電路，存儲(chǔ)裝置和微處理器?？刂茊卧a(chǎn)生控制各個(gè)系統(tǒng)操作的控制信號(hào)，諸如驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)和磁頭定位與搜索控制信號(hào)。控制信號(hào)提供了為把滑塊最優(yōu)地移動(dòng)并定位到磁盤上所希望的數(shù)據(jù)道上所需要的電流波形。通過記錄通道裝置與讀/寫頭往來交換讀和寫信號(hào)。
所提出的需要是一個(gè)用于磁阻(MR)元件的相對(duì)于MR電阻具有高輸入阻抗的單端(SE)前置放大器電路，使得所得的系統(tǒng)對(duì)于把MR元件與具有低功耗前置放大器連接起來所必須導(dǎo)線的串聯(lián)輸入電感不敏感。如果使用以前的前置放大器，則所有都是低阻抗型的，例如使用BiCMOS或BiPolar技術(shù)，或使用BiPolar的差動(dòng)技術(shù)。顯然所需要的是使用帶有高輸入阻抗、SE放大器的BiCMOS技術(shù)。
曾提出的U.S.Patent 5,323,278(授權(quán)給Cotreras等人)，試圖解決對(duì)這種能夠以例如3伏特很低的供電電壓工作的前置放大器的需要。然而，所公開的電路使用了對(duì)MR元件的偏流，并包含其它對(duì)噪聲性能及偏置性能的限制。本專業(yè)中所發(fā)現(xiàn)的其它電路包括US Patent 5,548,453，該專利提出帶有單端MR裝置的基極接地放大器；US Patent 5,444,579，該專利提出使用電流方式放大器的前置放大器；US Patent 5,619,386，該專利提出帶有快速調(diào)整讀放大器的單端MR元件；US Patent 5,122,915提出用于單端MR元件的低噪聲前置放大器；以及US Patent 5,543,979提出用于換能器中的公共電流的前置放大器。
顯而易見，這些參考文獻(xiàn)中都沒有提出需要高輸入阻抗、單端、低供電電壓的帶有dR/R響應(yīng)的MR前置放大器。因而可以看到，需要一種前置放大器電路，這種電路要求低噪聲、低電源運(yùn)行、及dR/R響應(yīng)。
本發(fā)明的目的是要提供一種用于MR元件的可使用很低供電電壓并具有低噪聲的高輸入阻抗、單端(SE)前置放大器。
根據(jù)這些目的，本發(fā)明是一個(gè)用于磁阻(MR)元件的前置放大器電路，該電路對(duì)于MR電阻具有高輸入阻抗，使得所得的系統(tǒng)對(duì)于把MR元件與前置放大器連接起來所必須的導(dǎo)線的串聯(lián)輸入電感不敏感。使用以往的前置放大器，幾乎所有都是低阻抗型的(使用BiCMOS或BiPolar技術(shù)，)或差動(dòng)型的(使用BiPolar技術(shù))。本發(fā)明通過提供使用BiCMOS技術(shù)的帶有高輸入阻抗的SE前置放大器電路滿足了先有技術(shù)中的需要。
為了更為充分地理解本發(fā)明的本質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，以及應(yīng)用的優(yōu)選方式，應(yīng)當(dāng)參閱以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明的前置放大器電路能夠用于其中的磁盤記錄驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的簡化的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的前置放大器框圖；以及圖3是圖2中所示的前置放大器增益級(jí)的詳細(xì)電路圖。
在以下參照附圖的說明中以一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件。雖然本發(fā)明是借助于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的最佳方式進(jìn)行說明的，但是本專業(yè)技術(shù)人員當(dāng)能理解在不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情形下將這些原則實(shí)現(xiàn)各種變化。
圖1表示采用本發(fā)明的磁盤驅(qū)動(dòng)器20的簡化透視圖。如圖1所示，至少有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁盤22支撐在主軸26上并由磁盤驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)30驅(qū)動(dòng)。每一磁盤上的磁記錄介質(zhì)在磁盤22上呈同心數(shù)據(jù)道(未示出)的環(huán)形模式。
至少一個(gè)滑塊24配置在磁盤22上，每一滑塊24支撐著一個(gè)或多個(gè)磁讀/寫頭34。在磁盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，滑塊24在磁盤表面36上徑向里外移動(dòng)，使得磁頭34能夠訪問到記錄了所需數(shù)據(jù)的磁盤不同的部分。每一滑塊24借助于懸臂28裝設(shè)在致動(dòng)器臂32上。懸臂28提供了使滑塊24傾向磁盤表面36的輕微彈力。每一致動(dòng)器臂32安裝在致動(dòng)器裝置42上。圖2所示的致動(dòng)器裝置可以是一個(gè)音圈電動(dòng)機(jī)(VCM)。VCM包括可在固定磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)的音圈，音圈運(yùn)動(dòng)的方向和速度由控制器46提供的電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)控制。
在磁盤驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)系統(tǒng)操作期間，磁盤22的旋轉(zhuǎn)在滑塊24與磁盤表面36之間產(chǎn)生一空氣軸承，該空氣軸承對(duì)磁盤施加一向上的力或升力。空氣軸承平衡了懸臂28輕微的彈力，并在正常操作期間支撐滑塊24在磁盤之上稍微離開一小的、基本上固定的間隔。
磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的各種組件在操作中由控制單元46產(chǎn)生的控制信號(hào)控制，諸如訪問控制和內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。一般，控制單元46包括邏輯控制電路，存儲(chǔ)裝置和微處理器?？刂茊卧?6產(chǎn)生控制各種系統(tǒng)操作的控制信號(hào)，諸如線路38上的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)和線路44上的磁頭定位與搜索控制信號(hào)。線路44上的控制信號(hào)提供向磁盤22上所希望的數(shù)據(jù)道最優(yōu)移動(dòng)和定位滑塊24所需的電流波形。借助于記錄通道40與讀/寫頭34往來交換讀/寫信號(hào)。
以上典型的磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的說明及圖1的附帶解釋只是為了表示之目的。很明顯，磁盤驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)系統(tǒng)可以包含大量的盤片和致動(dòng)器，且每一致動(dòng)器能夠支撐數(shù)個(gè)滑塊。
現(xiàn)參照?qǐng)D2，該圖示出根據(jù)本發(fā)明的前置放大器的框圖。
通過包括差動(dòng)放大器52和跨導(dǎo)放大器54的第一反饋回路，使MR元件RMR 50進(jìn)入操作狀態(tài)。差動(dòng)放大器52放大加在所述MR元件50和偏壓基準(zhǔn)56之間的(DC)電壓之間的差。這一偏壓基準(zhǔn)設(shè)置為所需的MR元件50的偏壓電平。然后這一壓差被跨導(dǎo)放大器54轉(zhuǎn)換為電流并饋送給MR元件50的正端。所述MR元件50的負(fù)端接地，以防止靜電和導(dǎo)電擊穿事件。偏壓電容器58穩(wěn)定用于生成系統(tǒng)中第一低頻極的第一反饋回路。
在從某些介質(zhì)(諸如磁盤22)讀取數(shù)據(jù)時(shí)從MR元件50產(chǎn)生的這一信號(hào)首先由增益級(jí)66放大，其細(xì)節(jié)在圖3中示出并描述。終接電阻器R1的作用是在前置放大器處對(duì)來自所述MR元件50的電纜進(jìn)行電終接。輸入裝置Q1(PFET)放大公共源配置中的信號(hào)，其中圖2中所示的電流源60的作用是使所述輸入裝置在源極處對(duì)最優(yōu)噪聲指標(biāo)偏移到適當(dāng)?shù)墓ぷ鼽c(diǎn)。輸入裝置的源極借助于圖2中所示的電容器62解偶合接地的。電容器62與從所述工作點(diǎn)產(chǎn)生的并聯(lián)阻抗生成系統(tǒng)中的第二低頻極。然后第一放大信號(hào)出現(xiàn)在增益電阻器R2(圖3中所示)，然后該信號(hào)由晶體管Q2(PFET)轉(zhuǎn)向級(jí)聯(lián)晶體管Q3(NPN)。然后在最終增益電阻器R3處看到作為中間單端信號(hào)的第二放大信號(hào)。包括R3、Q3和Q2的所述第一增益級(jí)的分支工作點(diǎn)通過Q3的基極調(diào)節(jié)，該工作點(diǎn)還由第二控制反饋回路控制，以維持Q3的集電極處的前置放大電壓64。由于可由包括Q1和R2的第一增益級(jí)分支達(dá)到的相對(duì)低的增益，這一工作點(diǎn)對(duì)全部的噪聲性能作用很大。換言之，系統(tǒng)的噪聲指標(biāo)主要取決于前兩個(gè)增益級(jí)，而不是象更傳統(tǒng)的前置放大器電路中那樣取決于第一增益級(jí)。
第二反饋回路包括前向方向的(前面所述的)增益級(jí)66和逆向方向的第二跨導(dǎo)級(jí)68。第二反饋回路由電容器70穩(wěn)定。第二跨導(dǎo)級(jí)放大前預(yù)定電壓64和和中間單端信號(hào)之間的電壓差，從而把差降低到最小并在R3和預(yù)定電壓10之間產(chǎn)生偽差動(dòng)信號(hào)。電容器70的作用是穩(wěn)定第二反饋回路并向系統(tǒng)生成第三低頻極。
最后的增益級(jí)72從所述偽差動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生差動(dòng)信號(hào)輸出，并包含一個(gè)或多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差動(dòng)放大器級(jí)。這些級(jí)的作用是把來自所述MR元件的信號(hào)放大到可使用的電平用于后繼信號(hào)處理，諸如在磁盤記錄驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。
雖然已經(jīng)就具有最佳特征的單個(gè)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本專業(yè)人員能夠看出，本發(fā)明能夠在所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的改變實(shí)施。
權(quán)利要求
1．用于磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)中的磁阻元件的前置放大器電路，它包括用于向所述磁阻元件提供偏壓的裝置；偏移控制反饋回路；以及包含在所述偏移控制反饋回路中的單端、高輸入阻抗的放大電路。
2．權(quán)利要求1中所述的前置放大器電路，其特征在于，向所述磁阻元件提供偏壓的所述裝置由包含電流源的電流裝置組成。
3．權(quán)利要求1中所述的前置放大器電路，其特征在于，向所述磁阻元件提供偏壓的所述裝置由包含電壓控制裝置組成。
4．權(quán)利要求3中所述的前置放大器電路，其特征在于，所述電壓控制裝置是電壓偏移反饋回路。
5．權(quán)利要求4中所述的前置放大器電路，其特征在于，電壓偏移反饋回路進(jìn)而由以下裝置組成第一跨導(dǎo)級(jí)；基準(zhǔn)電壓；以及補(bǔ)償電容器。
6．權(quán)利要求5中所述的前置放大器電路，其特征在于，偏移控制反饋回路進(jìn)而由以下裝置組成第二跨導(dǎo)級(jí)；以及補(bǔ)償電容器。
7．權(quán)利要求6中所述的前置放大器電路，其特征在于，放大電路進(jìn)而由以下裝置組成低噪聲輸入裝置；第一增益電阻器；以及具有單端輸出的電平偏移放大器級(jí)。
8．權(quán)利要求7中所述的前置放大器電路，其特征在于，放大電路還包括用于調(diào)節(jié)所述單側(cè)輸出的直流成分的裝置。
9．權(quán)利要求7中所述的前置放大器電路，其特征在于，電平偏移放大器級(jí)進(jìn)而由以下裝置組成電平偏移裝置；放大裝置；以及第二增益電阻器。
全文摘要
本發(fā)明是一個(gè)用于磁阻(MR)元件的前置放大器電路,該電路對(duì)于MR電阻具有高輸入阻抗,使所得的系統(tǒng)對(duì)于把MR元件與前置放大器連接起來所必須的導(dǎo)線的串聯(lián)輸入電感不敏感。使用以往的前置放大器,幾乎所有都是低阻抗型的(使用BiCMOS或BiPolar技術(shù)),或差動(dòng)的(使用BiPolar技術(shù))。本發(fā)明通過提供使用BiCMOS技術(shù)的帶有高輸入阻抗的前置放大器電路以及低功耗的單端(SE)結(jié)構(gòu)滿足了先有技術(shù)中的需要。
文檔編號(hào)G11B5/012GK1224950SQ9812399
公開日1999年8月4日 申請(qǐng)日期1998年11月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月14日
發(fā)明者保羅·溫欣·春, 史蒂芬·阿蘭·喬夫 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司