接收器電路及處理接收信號(hào)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種接收器電路(100)及處理接收信號(hào)的方法。接收器電路(100)的實(shí)施例包括具有第一輸入端(106)和第二輸入端(108)的差分輸入端(102)和具有第一輸出端(110)和第二輸出端(112)的差分輸出端(104)。第一反饋環(huán)路(120)被連接到輸入端(102)和輸出端(104)，其中第一反饋環(huán)路(120)使差分輸出電壓以共模輸出電壓為中心，以使得以共模輸出電壓為中心的差分和是零。該電路(100)也包括第二反饋環(huán)路(122)，其中第二反饋環(huán)路(122)使第一輸入端(106)的電壓和第二輸入端(108)的電壓以參考電壓為中心。
【專利說(shuō)明】接收器電路及處理接收信號(hào)的方法

【背景技術(shù)】
[0001]硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭輸出差分電壓至接收器。隨著硬盤驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)速率增加，常規(guī)接收器遇到一些問(wèn)題。例如，接收器使用人工編程來(lái)應(yīng)對(duì)不同的選擇和需求，如輸入偏壓、增益電平以及偏差校正。硬盤驅(qū)動(dòng)器的特性隨時(shí)間變化，但是程序化需求被固化在硬盤驅(qū)動(dòng)器中。其結(jié)果是隨時(shí)間降低了硬盤驅(qū)動(dòng)器的性能。例如，由于被稱為ι/f噪聲的輸入所導(dǎo)致的變化、由于老化所導(dǎo)致的壽命漂移以及由于溫度和/或電壓所導(dǎo)致的差異都促成性能下降。硬盤驅(qū)動(dòng)器中的程序化需求不能夠適應(yīng)這些變化。
[0002]上述的一些問(wèn)題被朝著互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)發(fā)展的硬盤驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)惡化。在CMOS技術(shù)中，Ι/f噪聲更加顯著，這導(dǎo)致硬盤驅(qū)動(dòng)器的退化更加明顯。這種退化可能引起系統(tǒng)失效或者產(chǎn)生硬盤驅(qū)動(dòng)器的損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明公開(kāi)了接收器電路及處理接收信號(hào)的方法。接收器電路的實(shí)施例包括具有第一輸入端和第二輸入端的差分輸入端以及具有第一輸出端和第二輸出端的差分輸出端。第一反饋環(huán)路與輸入端和輸出端連接，其中第一反饋環(huán)路使差分輸出電壓以共模輸出電壓為中心，以使得以共模輸出電壓為中心的差分和是零。該電路也包括第二反饋環(huán)路，其中第二反饋環(huán)路使第一輸入端的電壓和第二輸入端的電壓以參考電壓為中心。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004]圖1是接收器電路的實(shí)施例的示意圖。
[0005]圖2是圖1中接收器電路的輸入級(jí)的可替換實(shí)施例的示意圖。
[0006]圖3是描述接收器電路的操作的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0007]本發(fā)明公開(kāi)了接收器電路及處理接收信號(hào)的方法。接收器電路有時(shí)被簡(jiǎn)稱為接收器，其具有差分輸入端和差分輸出端。接收器可以被用作硬盤驅(qū)動(dòng)器的接收器電路，其中差分輸入端連接到或耦合到硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭。本發(fā)明描述的接收器包括兩個(gè)結(jié)合的反饋環(huán)路，其同時(shí)跟蹤程序化的輸入偏壓電平并且校正被稱為偏差電壓的輸出。因此，在接收器的環(huán)路帶寬范圍內(nèi)，由于硬盤驅(qū)動(dòng)器的機(jī)制所導(dǎo)致的與時(shí)間相關(guān)的變化被跟蹤和校正。
[0008]圖1示出接收器100的實(shí)施例的示意圖。接收器100具有差分輸入端102和差分輸出端104。差分輸入端102具有第一輸入端106和第二輸入端108。同樣地,差分輸出端104具有第一輸出端110和第二輸出端112。差分輸入端102可以連接到或者以其他方式耦合到硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭(未顯示)。磁頭輸出數(shù)據(jù)信號(hào)，該數(shù)據(jù)信號(hào)由接收器100處理。正如下文所描述的，接收器100使來(lái)自磁頭的輸入電壓以公共電壓為中心，此公共電壓可能是接地電壓。接收器100將處理后的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出到其他放大器或者其他處理器(圖1未顯示)。如下文進(jìn)一步所描述的，接收器100使差分輸出端110、112上的電壓以共模輸出電壓為中心，以使得以共模輸出電壓為中心，它們的差分和是零，這阻止接收器100飽和。
[0009]電路100包括兩個(gè)反饋環(huán)路，即偏差校正環(huán)路120和偏壓環(huán)路122。偏差校正環(huán)路120包括具有差分輸入端126的放大器124,該差分輸入端126具有第一輸入端128和第二輸入端129。放大器124也具有差分輸出端130，該差分輸出端130具有第一輸出端132和第二輸出端134。放大器124具有形成第一低通濾波器LPFl的第一反饋環(huán)路140以及形成第二低通濾波器LPF2的第二反饋環(huán)路142。第一反饋環(huán)路140位于第一輸入端128和第一輸出端132之間。第二反饋環(huán)路142位于第二輸入端129和第二輸出端134之間。低通濾波器LPFl和LPF2可以是二階低通濾波器，該濾波器減弱接收器100的輸出電壓中的噪聲和低頻變化。低通濾波器LPFl和LPF2可以過(guò)濾輸出端104上的噪聲，以便使它不會(huì)被反饋到輸入端102。
[0010]偏差校正環(huán)路120跟蹤輸出端104的輸出差分電壓并且校正錯(cuò)誤。更具體地，針對(duì)在偏差校正環(huán)路120的頻率范圍之內(nèi)的頻率，輸出端110和112的差分電壓以共模輸出電壓為中心。因此，只有來(lái)自磁頭的高頻信號(hào)被傳輸?shù)捷敵龆?04。否則，低頻噪聲等很可能使接收器100和連接到輸出端104的其他元件飽和。
[0011]偏壓環(huán)路122包括放大器或者比較器150，其中差分輸入端102連接到或以其他方式率禹合到比較器150的第一輸入端152和第二輸入端154。接收器100的第一輸入端106連接到第一輸入端152，并且接收器100的第二輸入端108連接到第二輸入端154。差分輸入端102連接到源極耦合的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)Ql和Q2。更具體地，第一輸入端106連接到FET Ql的源極，第二輸入端108連接到FET Q2的源極。FET Q1、Q2的漏極連接到正向通路放大器166的輸入端。正向通路放大器166的輸出端是接收器100的差分輸出端104。
[0012]接收器100包括第一反饋線路170和第二反饋線路172。第一反饋線路170將第一輸出110饋送到節(jié)點(diǎn)NI，節(jié)點(diǎn)NI連接到或耦合到放大器124的第一輸入端128。第二反饋線路172將第二輸出112饋送到節(jié)點(diǎn)N2，節(jié)點(diǎn)N2連接到放大器124的第二輸入端129。節(jié)點(diǎn)NI通過(guò)電阻Rl連接到第一輸入端106，節(jié)點(diǎn)N2通過(guò)電阻R2連接到第二輸入端108。
[0013]偏壓環(huán)路122在比較器150的輸入端156處接收參考電壓，并且將輸入106、108與參考電壓進(jìn)行比較，以保證差分偏置被設(shè)置，并且輸入偏置的共模是以參考電壓為中心。在一些實(shí)施例中，參考電壓是接地電壓。該參考電壓有時(shí)被稱為公共電壓。圍繞接地電壓的共模設(shè)置可能是必需的，因?yàn)橛脖P驅(qū)動(dòng)器盤片是內(nèi)部觸地的，因此與接地電壓的明顯電壓差能引起電弧并且損壞媒介。
[0014]偏差校正環(huán)路120和偏壓環(huán)路122在差分輸入端102處結(jié)合。因此，由偏差校正環(huán)路120和偏壓環(huán)路122校正的錯(cuò)誤都對(duì)輸入端102可見(jiàn)。其結(jié)果是最佳的電壓偏差校正和輸入電壓校正。
[0015]在描述完接收器100后，現(xiàn)在將描述它的操作。偏壓環(huán)路122使輸入差分電壓以可以是接地電壓的參考電壓電位為中心。例如，比較器150的輸入端156可以被設(shè)置成接地。比較器150接著使第一輸入端106和第二輸入端108上的輸入偏壓的共模以輸入端156的接地電位為中心。如上所述，硬盤驅(qū)動(dòng)器的盤片一般是接地的，因此，使輸入電壓以接地電壓為中心能夠阻止盤片上產(chǎn)生電弧，該電弧能夠損壞盤片及存儲(chǔ)在盤片上的信息。
[0016]接收器100將輸出端104的電壓提供給偏差校正環(huán)路120。偏差校正放大器124校正輸出電壓中的錯(cuò)誤。例如，偏差校正放大器124使輸出電壓以公共電壓為中心，該公共電壓可以是不接地的。此外，低通濾波器LPFl和LPF2提供濾波，以使得輸出電壓上的噪聲不被反饋到比較器150的輸入端152、154。在一些實(shí)施例中，低通濾波器LPFl和LPF2提供二階濾波。
[0017]放大器124監(jiān)控輸出端104的電壓，并且保證低頻電壓的差是O。因此，第一輸出端110的低頻電壓與第二輸出端112的低頻電壓的差等于O。低通濾波器LPFl和LPF2的使用規(guī)定僅高頻信號(hào)(如硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭輸出的那些信號(hào))將在輸出端104上被觀測(cè)至IJ。需要指出的是，接收器100或者它連接的其他組件可能具有非常高的增益，如果低頻信號(hào)被傳送到輸出端104，這將引起組件飽和。由于晶體管Ql和Q2的不匹配所導(dǎo)致的小的差分錯(cuò)誤，或者由壽命或不合規(guī)范的組件引起的其他問(wèn)題能夠從其他方面引起飽和。接收器100阻止了這種飽和。
[0018]圖2是圖1中接收器100的可替換輸入級(jí)200的示意圖。輸入級(jí)200被分成兩個(gè)差分對(duì)，其被稱為第一差分對(duì)202和第二差分對(duì)204。第一差分對(duì)202包括由FET Q3組成的共源放大器，第二差分對(duì)包括由FET Q4組成的共源放大器。第一輸入端208連接到FETQ3的柵極，第二輸入端210連接到FET Q4的柵極。第一輸入端208和第二輸入端210可以連接到硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭或者另外的信號(hào)源。需要指出的是，在輸入端208、210之間可以連接阻抗，以使得輸入阻抗與磁頭的阻抗相匹配。FET Q3的漏極連接到如圖1所示的第一輸入端106，F(xiàn)ET Q4的漏極連接到第二輸入端108。
[0019]第一電壓源Vl連接到第一差分對(duì)202中的FET Q5的柵極，第二電壓源V2連接到第二差分對(duì)204中的FET Q6的柵極。第一電壓源Vl和第二電壓源V2用來(lái)克服輸入端208、210之間的DC電壓差，否則這將使輸入級(jí)200飽和。為了實(shí)現(xiàn)這一結(jié)果，第一電壓源Vl的電壓是第一輸入端208的平均值或DC電壓。第二電壓源V2的電壓是第二輸入端210的平均值或DC電壓。在一些實(shí)施例中，對(duì)輸入208、210進(jìn)行濾波以產(chǎn)生DC電壓，這些DC電壓用作電壓源Vl和V2。
[0020]圖3中的流程圖300能夠概括使用任一輸入級(jí)的本發(fā)明所描述的接收電路(比如電路100)的操作。在步驟302中，在差分輸入端102接收來(lái)自硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭的差分輸入信號(hào)。需要指出的是，接收器100可以用于不同于硬盤驅(qū)動(dòng)器的其他應(yīng)用，所以差分信號(hào)可以是來(lái)自其他源的輸入。在步驟304中，差分輸出信號(hào)以共模輸出電壓為中心，以使得以共模輸出電壓為中心的差分和是零。在步驟306中，使用第二反饋環(huán)路使差分輸入信號(hào)以一個(gè)電壓為中心。
[0021]雖然在本文詳細(xì)描述了本發(fā)明的說(shuō)明性和當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到發(fā)明構(gòu)思可以在其他不同的方面體現(xiàn)和運(yùn)用，并且所附權(quán)利要求書旨在解釋為包括除現(xiàn)有技術(shù)限制外的這些變體。
【權(quán)利要求】
1.一種接收器電路，其包括: 具有第一輸入端和第二輸入端的差分輸入端； 具有第一輸出端和第二輸出端的差分輸出端； 與所述輸入端和所述輸出端連接的第一反饋環(huán)路，其中所述第一反饋環(huán)路使差分輸出電壓以共模輸出電壓為中心，以使得以所述共模輸出電壓為中心的差分和是零； 第二反饋環(huán)路，其中所述第二反饋環(huán)路使所述第一輸入端的電壓和所述第二輸入端的電壓以參考電壓為中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述參考電壓是接地電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述輸入端可連接到硬盤驅(qū)動(dòng)器中的磁頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一反饋環(huán)路包括低通濾波器，并且其中只有高頻率信號(hào)被輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第一反饋環(huán)路包括: 具有差分輸入端和差分輸出端的第一差分放大器，所述接收器電路的所述差分輸出端被連接到所述第一差分放大器的所述輸入端；以及 位于所述第一差分放大器的所述差分輸出端與所述第一差分放大器的所述差分輸入端之間的反饋通路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其中所述反饋通路提供對(duì)所述接收器電路的所述輸出端的信號(hào)的濾波。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述第二反饋回路包括具有差分輸入端的比較器，所述差分輸入端中的第一輸入端與所述接收器電路的所述第一輸入端連接，并且所述差分輸入端中的第二輸入端與所述接收器電路的所述第二輸入端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，所述比較器具有參考輸入端，其中所述參考電壓被輸入到所述參考輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其中所述參考輸入端與地連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述比較器包括反饋環(huán)路。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，其中所述比較器包括反饋環(huán)路且所述反饋環(huán)路中具有FET，所述FET的源極連接到所述接收器電路的輸入端，并且所述FET的柵極連接到所述比較器的輸出端。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電路，進(jìn)一步包括具有差分輸出端的正向通路放大器，所述正向通路放大器的差分輸出端連接到所述接收器電路的差分輸出端；所述FET的漏極連接到所述正向通路放大器的輸入端。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電路，進(jìn)一步包括與所述比較器的輸出端連接的正向通路放大器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括位于所述第一輸入端和所述第一輸出端之間的第一電阻，以及位于所述第二輸入端和所述第二輸出端之間的第二電阻。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，進(jìn)一步包括輸入級(jí)，所述輸入級(jí)包括: 晶體管的第一差分對(duì)，其具有與所述第一輸入端連接的第一晶體管和與第一電壓源連接的第二晶體管； 第二差分對(duì)，其具有與所述第二輸入端連接的第一晶體管和與第二電壓源連接的第二晶體管；以及 與所述接收器電路的所述輸入端連接的輸出端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電路，其中所述第一電壓源是所述第一輸入端的電壓的DC分量，其中所述第二電壓源是所述第二輸入的DC分量。
17.—種處理從硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭接收的信號(hào)的方法，所述方法包括: 從所述磁頭接收差分輸入信號(hào)； 使用第一反饋環(huán)路使差分輸出信號(hào)以共模輸出電壓為中心，以使得以所述共模輸出電壓為中心的差分和是零；以及 使用第二反饋環(huán)路使所述差分輸入信號(hào)以參考電壓為中心。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中接收差分輸入信號(hào)包括接收第一輸入信號(hào)和第二輸入信號(hào)，并且其中確定中心包括使用比較器將所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)與參考電壓進(jìn)行比較。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述調(diào)整進(jìn)一步包括對(duì)所述差分輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
20.一種接收器電路，其包括: 具有第一輸入端和第二輸入端的差分輸入端； 具有第一輸出端和第二輸出端的差分輸出端； 借助電阻器與所述輸出端和所述輸入端連接的第一反饋環(huán)路，所述第一反饋環(huán)路包括差分比較器，其中所述比較器使所述差分輸出電壓以共模輸出電壓為中心，以使得以所述共模輸出電壓為中心的差分和是零，并且其中所述第一反饋環(huán)路進(jìn)一步包括濾波器； 連接在所述輸入端和所述輸出端之間的第二反饋環(huán)路，所述第二反饋環(huán)路包括比較器，其中所述比較器使差分電壓以參考電壓為中心。
【文檔編號(hào)】H03K19/0175GK104184453SQ201410219108
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】M·D·羅雷, R·慕克侯帕德海 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司