專利名稱：電子磁致電阻傳感器偏磁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)磁致電阻(MR)傳感器偏磁的。尤其是，本發(fā)明有關(guān)磁致電阻傳感器偏磁的方法和電路。
為便于描述本說明書起見，術(shù)語“磁致電阻(MR)傳感器”和“MR磁頭”都包括了任何一種磁致電阻元件，它通過檢測由磁場變化而產(chǎn)生的元件電阻Rs的電阻變化值來檢測磁場的變化。還為了便于描述本說明書起見，術(shù)語MR傳感器和MR磁頭都不限制于磁記錄元件。被有意限于這兩個術(shù)語范圍內(nèi)的磁致電阻傳感器的實施例包括但不限于風雹磁極磁致電阻(barber pole MRs)、雙磁致電阻(dualMRs)、軟近層磁致電阻(soft adjacent layer MRs)、差分磁致電阻(differential MRs)、自旋閥磁致電阻(spin valve MRs)、隧道結(jié)磁致電阻(tunnel juction MRs)或巨磁致電阻(giant MRs)。
磁致電阻傳感器是一種在能量方面無源的傳感器，它使用傳感電流(或電壓)來檢測信號電壓或信號電流形式的傳感器電阻的變化。此傳感電流還將為傳感器提供全部或部分的磁偏置，此磁偏置是MR傳感器正常工作所需的。本公開說明書不區(qū)別是傳感還是偏磁電流(或電壓)。此術(shù)語(MR傳感器)偏磁電流和電壓在本公開中自始至終是通用的。與MR傳感器有關(guān)的偏磁和讀出電子電路，通常稱為臂電子(AE)模塊(armelectronic module)。
MR傳感器的物理特性是由所使用的材料、MR傳感器夾層結(jié)構(gòu)和傳感器大小尺寸來決定，其中大小尺寸指的是傳感器的厚度、高度和長度。在用作磁記錄的外露的MR傳感器中，有最大的公差的尺寸是傳感器的高度h。這一尺寸的公差是用作補償磁頭磨損和磁帶磁頭的搭接，和用作磁盤驅(qū)動器磁頭的ABS(美國廣播系統(tǒng))搭接。


圖1(a)表示形成總MR磁頭電阻RH中的各不同電阻之間的物理關(guān)系。圖1(b)表示了電阻RH的電模型圖。從AE模塊的10和11端子測出總MR磁頭電阻RH。在圖1(a)中，MR磁頭和AE模塊表示為磁盤驅(qū)動器12的一部分?？侻R磁頭電阻中隨著磁場變化而變化的部分是傳感器電阻Rs，所引起的變化阻值用ΔRs表示。電阻Rs與傳感器的高度h成反比地變化?？偟拇蓬^引線電阻Rl是AE模塊預(yù)放大端連線的電阻和MR磁頭中后引線(back lead)BL的電阻。最后，MR磁頭的總的前引線電阻表示為Rf。電阻Rf也與傳感器的高度h成反比地變化。然而對于變化磁場，Rf未表現(xiàn)出信號變化。等式(1)到(4)用符號表示法表達了這些原則。
RH＝Rl+Rf+Rs(1)Rf，Rs∝l/h (2)h＝傳感器的高度， (3)和Rs＝Rso±ΔRs(傳感器信號) (4)在圖1(a)和圖1(b)中以及在以下的整個公開中，偏磁電流IB等于磁頭偏磁電流IH。電壓VH是總MR磁頭電阻R兩端的偏磁電壓。電壓VB是出現(xiàn)在傳感器電阻RS和前引線電阻Rf兩端的偏磁電壓。電壓Vs是傳感器電阻Rs兩端的偏磁電壓。高度h是傳感器的物理高度。
有三種提供MR傳感器偏磁的慣用的方法一種是恒定偏磁電流方案；一種是恒定偏磁電壓方案；一種是為了獲得恒定偏磁電壓的調(diào)節(jié)偏磁電流方案。當涉及偏磁方案時使用的術(shù)語“恒定”表示在制造公差范圍內(nèi)各傳感器間的偏磁不變性。對慣用的恒定偏磁電流方案，在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中AE模塊把相同的偏磁/傳感DC電流加在所有的MR磁頭上，而不考慮MR磁頭的各個磁頭電阻、傳感器高度等參數(shù)的值的不同。圖2(a)和圖2(b)說明在慣用的恒定偏磁電流IB方案中，傳感器電阻RH不同時的MR磁頭偏磁條件的例子。例如，如果圖2(a)中的IB是10mA，那么圖2(b)表示隨著RH在20與50歐姆之間變化，磁頭偏磁電壓V相應(yīng)地在200與500mV之間變化。
對慣用的恒定偏磁電壓方案，AE模塊把相同的偏磁/傳感DC電壓加在一種產(chǎn)品的所有MR磁頭上。圖2(c)和圖2(d)說明在慣用的恒偏磁電壓V方案中，傳感器電阻RH不同時，MR磁頭的可作范例的偏磁條件。例如，如果圖2(d)中傳感器電阻RS兩端的偏磁電壓VB是500mV，那么圖2(c)表示通過MR磁頭的偏磁電流IH與總磁頭電阻RH成反比。
1994年5月3日授予Cahalan的美國專利5,309,294公開了電壓偏磁電路，此電路為MR磁頭提供恒定偏磁電壓。根據(jù)Cahalan，電壓偏磁電路包括調(diào)零電路，它調(diào)節(jié)電壓偏磁電路的輸出。調(diào)零電路有效地按照某數(shù)量值增加電壓偏磁電路的輸出，此數(shù)量值約等于出現(xiàn)的所有寄生電纜電阻上的電纜壓降。Cahalan電路使用電阻性元件來產(chǎn)生調(diào)零電壓，此電阻性元件的阻值是寄生電纜的阻值的估計值。然而，這種方法不能補償MR磁頭內(nèi)出現(xiàn)在后引線兩端的任何電壓降。
在慣用的為了獲得恒定偏磁電壓的調(diào)節(jié)偏磁電流方案中，通過在制造期間把MR磁頭的偏磁電流調(diào)節(jié)成與MR磁頭電阻R成反比，來獲得上恒定的MR磁頭偏磁電壓。一定要在制造期間測量電阻RH值。
這些慣用的MR磁頭偏磁方案中，沒有一個方案能夠補償在生產(chǎn)過程中MR磁頭物理特性的變化，具體地說，傳感器尺寸的公差。結(jié)果，典型的情況是，通過慣用的偏磁方案偏磁的MR磁頭的操作狀態(tài)并不處于或并不接近于磁頭最佳工作狀態(tài)。此外，一種產(chǎn)品各MR磁頭間的磁特性的一致性一般是不可能達到的，此一致性就是盡管有制造公差而各個磁頭的磁特性有較小的差異。
本發(fā)明的一個目的是提供一種MR磁頭的偏磁方案，這種方案通?？紤]到MR傳感器在制造過程中出現(xiàn)的物理特性差異，具體地說，在制造過程中出現(xiàn)的磁頭物理公差。在這點上，本發(fā)明為MR磁頭的工作處于或接近于MR傳感器工作的最佳狀態(tài)創(chuàng)造了條件，并且，盡管有制造公差范圍內(nèi)的物理差異，也能獲得各磁頭之間的比通常偏磁方案更一致的磁特性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種傳感器的偏磁方案，此方案并不依賴于磁頭電阻RH的測量。因此，本發(fā)明的一個目的是使用“磁頭模型”，它基于磁頭引線電阻Rl和出現(xiàn)在總磁頭電阻RH中傳感器電阻RS部分的偏磁電壓VB，它與傳感器的高度h成正比并隨著磁數(shù)據(jù)信號而變化。另外，本發(fā)明的一個目的是使用受控電流源在MR傳感器中獲得恒定的電流密度J和獲得MR傳感器的恒定溫升，盡管傳感器高度h有變化。結(jié)果，為一種產(chǎn)品的所有磁頭提供相對于根據(jù)電遷移和相互擴散設(shè)定的極限的最大允許偏磁。本發(fā)明的一個目的是，將本發(fā)明的MR傳感器偏磁方案和信號電流檢測(低輸入阻抗)讀回放大器(|Zin|＜＜RH)一起使用，以及和信號電壓檢測高輸入阻抗讀回放大器(|Zin|＞＞RH)一起使用。
為了達到這些和別的目的，本發(fā)明的一個實施例提供了一種偏磁電路，它為MR傳感器產(chǎn)生偏磁電流IB和偏磁電壓VH。偏磁電壓VH是流過MR傳感器總電阻RH的偏磁電流IB所產(chǎn)生的電壓，其中總電阻RH是傳感器電阻RS、總磁頭引線電阻Rl和總前引線電阻Rf的總和。本發(fā)明的實施例包括了乘法器、比較器、控制器和電流發(fā)生器。乘法器有第一和第二輸入端，其中第一輸入端接收有關(guān)偏磁電流IB的第一信號，第二輸入端接收有關(guān)偏磁電壓VH的第二信號。乘法器產(chǎn)生正比于產(chǎn)品第一和第二信號乘積的乘積信號。比較器把乘積信號和參考信號比較，形成控制信號，其中參考信號與MR傳感器所消耗的預(yù)定偏磁功率PB成正比?？刂破魍ㄟ^控制偏磁電流IB和偏磁電壓VH兩者中的一個或兩者一起來響應(yīng)控制信號，結(jié)果便能把MR傳感器所消耗的偏磁功率PB控制到預(yù)定值。所述控制器最好通過控制電流發(fā)生器以產(chǎn)生偏磁電流IB來響應(yīng)控制信號。
根據(jù)本發(fā)明，乘法器包括電流阱(sink)電路和差分放大器。電流阱(sink)電路的一個輸入端接收第二信號，對此信號作出響應(yīng)，電流阱(sink)電路產(chǎn)生正比于偏磁電壓VH的輸出電流。差分放大器有輸入端和輸出端，并且被電流阱(sink)電路的輸出電流所偏磁。差分放大器的輸入端接收第一信號，因而，差分放大器的輸出端的輸出信號正比于偏磁電流IB與偏磁電壓VH。更明確地說，電流阱電路包括第一晶體管和第一電阻，第一晶體管有第一、第二和第三節(jié)點。第二信號耦合到晶體管的第一節(jié)點。第一電阻接到第一晶體管的第二節(jié)點和第一電源節(jié)點之間。差分放大器包括第二和第三晶體管，以及第二和第三電阻。第二和第三晶體管各有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一信號耦合到第二和第三晶體管各自的第一節(jié)點之間。第二和第三晶體管各自的第二節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點。第二電阻連接在第二晶體管的第三節(jié)點和第二電源節(jié)點之間，而第三電阻連接在第三晶體管的第三節(jié)點與第二電源節(jié)點之間。差分放大器的輸出出現(xiàn)于第二晶體管的第三節(jié)點和第三晶體管的第三節(jié)點之間。比較器最好是一個耦合到第二晶體管的第三節(jié)點和第三晶體管的第三節(jié)點的加法器電路。加法器電路把與參考信號有關(guān)的預(yù)先確定的電流信號與差分放大器的輸出相加。
本發(fā)明的另一實施例提供了一種磁致電阻(MR)傳感器的偏磁電路，其中，傳感器規(guī)定為具有總電阻RH。電阻RH包括傳感器電阻RS、引線電阻Rl和前引線電阻Rf。偏磁電路包括傳感器等效電路、差分傳感電路、以及第一和第二電流源。傳感器等效電路包括電壓源和輸入電阻。電壓源有預(yù)先確定的電壓，而輸入電阻具有與MR傳感器的引線電阻Rl有關(guān)的阻值。差分傳感電路有第一和第二輸入端，其第一輸入端耦合到MR傳感器，而第二輸入端耦合到傳感器等效電路。差分傳感電路檢測第一和第二輸入上的電壓差。第一電流源對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生MR傳感器的偏磁電流IB。與此類似，第二電流源對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生耦合到傳感器等效電路的控制電流。根據(jù)本發(fā)明，控制電流正比于MR傳感器的偏磁電流IB，從而，使電壓源上預(yù)先確定的電壓等于出現(xiàn)在與前引線電阻Rf串聯(lián)的傳感器電阻RS的預(yù)先確定的電壓。
因為RS和Rf均反比于傳感器的高度h，所以，在RS和Rf兩端的恒定電壓也就提供了RS兩端的恒定電壓(即與傳感器的高度無關(guān))。
在第二實施例的一種配置中，差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點。第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點。第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器。第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路。第一電流源包括第三晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。與上類似，第二電流源包括第四晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡(mirror)。第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，而第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。對于功率的考慮，第一晶體管對第二晶體管的面積(area)比最好為N∶1，并且與此類似，第三晶體管對第四晶體管的面積(area)比最好是N∶1。
在第二實施例的另一配置中，第一電流源包括第一晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，并且，與此類似，第二電流源包括第二晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。第一晶體管的第一節(jié)點和第二晶體管的第一節(jié)點均耦合到差分傳感電路的輸出端。第一晶體管的第三節(jié)點耦合到MR傳感器，并且，第二晶體管的第三節(jié)點耦合到MR傳感器等效電路。本實施例的偏磁電路也包括一個輸出電路，它有第一和第二輸入節(jié)點和一個輸出節(jié)點。輸出電路的第一輸入節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，而輸出電路的第二輸入節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
在本發(fā)明的第二實施例的再另一種配置中，差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點。第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點。第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路。第一電流源包括第三和第四晶體管，它們中的每個都有第一、第二和第三節(jié)點。第三和第四晶體管各自的第二節(jié)點都耦合到第一晶體管的第三節(jié)點。第二電流源包括一個第五晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。第三晶體管的第一節(jié)點耦合到第五晶體管的第一和第三節(jié)點，以便形成電流反射鏡(mirror)，而第五晶體管的第二節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。第一晶體管對第二晶體管的面積比最好為N∶1，并且，流進第四晶體管的第二節(jié)點的電流與流進第三晶體管的第二節(jié)點的電流與流進第五晶體管的第二節(jié)點的電流比為K∶L∶1，其中K+L等于N。
第二實施例的再另一配置包括電流傳感電路和第三電流源。電流傳感電路檢測第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB，此偏磁電流用于在傳感器電阻RS兩端產(chǎn)生預(yù)先確定的偏磁電壓VS。當用于預(yù)先確定的偏磁電壓VS的第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB小于預(yù)先確定的傳感器偏磁電流時，第三電流源對電流傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生輸出電流。第三電流源產(chǎn)生的輸出電流耦合到傳感器等效電路，并且與第二電流源產(chǎn)生的控制電流結(jié)合起來，形成聯(lián)合控制電流。聯(lián)合控制電流與MR傳感器偏磁電流IB有關(guān)，以至預(yù)先確定的MR傳感器偏磁電流IB流經(jīng)傳感器電阻RS，產(chǎn)生一預(yù)先確定的傳感器電阻RS的有效磁偏置。
關(guān)于這種配置，差分傳感電路最好包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點。第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點。第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，并且第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路。第一電流源包括第三晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，而第二電流源包括第四晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡(mirror)。第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，而第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
電流傳感電路包括第五晶體管、第四電流源和放大器電路。第五晶體管有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一節(jié)點耦合到第三節(jié)點。第四電流源耦合到第五晶體管的第三節(jié)點。放大器電路有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。放大器的第一輸入端耦合到第三晶體管的第三節(jié)點。第二輸入端耦合到第五晶體管的第三節(jié)點，并且放大器輸出端耦合到第三電流源。
本發(fā)明的第三實施例提供了一種磁致電阻(MR)傳感器的磁偏置電路。偏磁電路包括傳感器等效電路、差分傳感電路以及第一和第二電流源。差分傳感電路有第一和第二輸入端，其中第一輸入端耦合到MR傳感器，而第二輸入端耦合到傳感器等效電路。差分傳感電路檢測第一和第二輸入端間的電壓差。第一電流源對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生MR傳感器的偏磁電流IB。第二電流源對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生一控制電流，后者耦合到傳感器等效電路。根據(jù)本發(fā)明，控制電流正比于MR傳感器的偏磁電流IB，從而，流過MR傳感器的偏磁電流IB在MR傳感器的傳感部分產(chǎn)生預(yù)先確定的有效磁偏置。
偏磁電路還包括電流傳感電路和第三電流源。電流傳感電路檢測第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB，此偏磁電流用于在MR傳感器的傳感部分產(chǎn)生預(yù)先確定的有效磁偏置。當用于預(yù)先確定的偏磁電壓VS的第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB小于預(yù)先確定的傳感器偏磁電流時，第三電流源對電流傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生輸出電流。第三電流源產(chǎn)生的輸出電流耦合到傳感器等效電路，并且與第二電流源產(chǎn)生的控制電流結(jié)合起來，形成聯(lián)合控制電流。聯(lián)合控制電流與MR傳感器偏磁電流IB有關(guān)，使得預(yù)先確定的MR傳感器偏磁電流流經(jīng)傳感器電阻RS，產(chǎn)生預(yù)先確定的MR傳感器的傳感部分有效磁偏置。
差分傳感電路最好包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點。第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點。第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，并且第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路。第一電流源包括第三晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。與此相似，第二電流源包括第四晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點。第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡(mirror)。第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點。第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
電流傳感電路包括第五晶體管、第四電流源、和放大器電路。第五晶體管有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一節(jié)點耦合到第三節(jié)點。第四電流源耦合到第五晶體管的第三節(jié)點。放大器電路有第一輸入端、第二輸入端和輸出端。放大器的第一輸入端耦合到第三晶體管的第三節(jié)點。第二輸入端耦合到第五晶體管的第三節(jié)點，并且放大器輸出端耦合到第三電流源。
本發(fā)明的偏磁電路可以是MR/AE電路的一部分，而MR/AE電路又是盤驅(qū)動器的的一部分。
下面通過附圖中的例子來說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此，在這些圖中，相同的標號代表相似的元件，其中圖1(a)表示組成總MR磁頭電阻RH的各不同電阻之間的物理關(guān)系。
圖1(b)表示電阻RH的電模型的原理圖。
圖2(a)和2(b)說明在一般恒偏磁電流IB方法情況下，MR磁頭在不同傳感器電阻RH時的可作范例的偏磁條件；圖2(c)和2(d)說明在一般恒偏磁電壓VH方法情況下，MR磁頭在不同傳感器電阻RH時的可作范例的偏磁條件；圖3(a)和3(b)說明在本發(fā)明的恒定偏磁功率PB方法情況下，在不同傳感器電阻RH時的可作范例的偏磁條件；圖4(a)表示連接到臂(arm)電子模塊的MR磁頭原理方框圖；圖4(b)表示根據(jù)本發(fā)明的MR磁頭等效電路；圖4(c)和4(d)表示根據(jù)本發(fā)明的、具有負輸入電阻的偏磁電壓源的等效電路；圖5(a)-5(c)表示圖4(d)的偏磁電路的等效電路原理方框圖；圖6(a)和6(b)說明在本發(fā)明的恒傳感器溫升偏磁方法情況下，MR磁頭的可作范例的偏磁條件；圖7(a)表示為達到恒有效磁偏置的理論偏磁條件；圖7(b)和7(c)表示根據(jù)本發(fā)明的、為達到恒定有效磁偏置的實際近似的偏磁條件；圖8(a)和8(b)說明根據(jù)本發(fā)明的MR磁頭恒功率偏磁的一般概念的原理方框圖；圖9表示根據(jù)本發(fā)明的對MR磁頭提供恒功率偏磁的偏磁電路的原理方框圖；圖10(a)表示根據(jù)本發(fā)明的對MR磁頭的傳感器電阻提供恒電壓偏磁的電路的原理方框圖；圖10(b)表示示于圖10(a)的原理方框圖的網(wǎng)絡(luò)等效電路；圖11表示根據(jù)本發(fā)明的對MR磁頭的傳感器電阻部分提供恒電壓偏磁的電路的另一原理方框圖；圖12表示根據(jù)本發(fā)明的對MR磁頭的傳感器電阻部分兩端提供恒電壓的另一電路的原理方框圖；圖13表示利用本發(fā)明的傳感器偏磁方法的單端MR前置放大器的輸入級的原理方框圖；圖14表示利用本發(fā)明的傳感器偏磁方法的單端MR前置放大器的輸入級的另一原理方框圖；圖15表示根據(jù)本發(fā)明的為MR磁頭提供恒定有效磁偏置的電路的原理方框圖；圖16(a)和16(b)表示根據(jù)本發(fā)明的恒定有效磁偏置方法的偏磁條件；本發(fā)明提供MR磁頭偏磁方案，所述方案利用五個彼此相關(guān)的方法中的一個，補償磁頭制造公差范圍內(nèi)的磁頭與磁頭之間的物理差別。第一種方法是對MR磁頭電偏磁，以使磁頭上的(電)功率耗散在磁頭與磁頭之間保持恒定，而不管由于制造公差造成的總磁頭電阻RH如何變化。這是通過令磁頭兩端DC電壓VH與流過磁頭的DC電流IH的乘積保持恒定來實現(xiàn)的。即VHIH＝PB＝常數(shù)(5)其中，PB為偏磁功率。
圖3(a)和3(b)說明在本發(fā)明的恒定偏磁功率PB方法情況下，MR磁頭有不同總磁頭電阻RH時的可作范例的偏磁條件。圖3(a)表示在恒定功率PB偏磁情況下不同總磁頭電阻RH時的磁頭電流IH變化。圖3(b)表示在同樣恒功率PB偏磁情況下，在總磁頭電阻RH變化時的磁頭電壓VH變化情況。與一般的恒定偏磁電壓方法相比，恒定偏磁功率方案的優(yōu)點是，在恒定偏磁功率方案時，較大的傳感器高度引起的磁頭電流IH增加不大。此外，恒定偏磁功率技術(shù)有利于避免傳感器去磁效應(yīng)在低的傳感器高度時引起的偏磁不足的現(xiàn)象。這是因為在恒定偏磁功率PB情況下，磁頭電壓并不保持恒定，而是對較高電阻的磁頭，電壓稍有提高。
本發(fā)明的第二偏磁方法是恒定MR傳感器電流密度方案。在這偏磁技術(shù)下，MR傳感器電流密度JS保持恒定。這為一種產(chǎn)品的所有MR傳感器工作在盡可能接近電遷移極限的狀態(tài)創(chuàng)造條件。電遷移取決于電流密度，JS＝VS/ρl＝IS/ht＝常數(shù)(6)其中ρ＝傳感器電阻率，l＝傳感器長度，h＝傳感器高度，t＝傳感器厚度，VS＝傳感器兩端電壓，即MR傳感器中對應(yīng)于電阻RS和對磁數(shù)據(jù)作出響應(yīng)的部分，和IS＝流過傳感器的電流(它等于流過整個MR磁頭的電流IH)。
傳感器電阻由下式給出RS＝ρl/ht (7)因此，在傳感器上的(電)功率耗散為PS＝JS2ρlht (8)電功率耗散造成的傳感器溫升ΔTS為ΔTS＝PS×Rthermal(9)
其中Rthermal為傳感器與環(huán)境間的熱阻。
傳感器的冷卻借助于通過面向屏蔽的兩個側(cè)面的、離開傳感器的熱擴散來實現(xiàn)。這種通過表面冷卻造成的熱阻與傳感器的高度h成反比。另一冷卻機理是通過熱擴散到傳感器的引線。與此冷卻機理有關(guān)的熱阻也是反比于傳感器的高度h。因此，在方程(9)中的熱阻反比于傳感器的高度h。
Rthermal＝K/h (10)其中K為任意常數(shù)。因此ΔTS＝JS2ρltK(11)不再是傳感器高度h的函數(shù)。結(jié)果，如果MR傳感器的偏磁電路設(shè)計成恒電流密度JS偏磁，則一種產(chǎn)品的所有MR傳感器將工作在環(huán)境溫度以上的相同溫升ΔTS下。
本發(fā)明的第三偏磁方法是提供恒定MR傳感器偏磁電壓VS。在這方案中，對于一種產(chǎn)品的所有MR傳感器，傳感器兩端的電壓VS，即MR傳感器中對應(yīng)于電阻RS和對磁數(shù)據(jù)作出響應(yīng)的部分的電壓保持恒定。寫出方程(12)PS＝VS2/RS＝VS2ht/ρl (12)結(jié)果ΔTS＝VS2tK/ρl (13)對于恒定傳感器電壓偏磁，也可以得到一種產(chǎn)品的所有MR傳感器有相同的傳感器溫升的結(jié)果。
利用IS＝JSht＝VS/RS傳感器的電流密度JS為JS＝VS/ρl (15)因此，如果VS在一種產(chǎn)品的所有MR傳感器中保持恒定，則JS也在相同產(chǎn)品的磁頭中保持恒定。這樣，本發(fā)明的恒定MR傳感器電流密度偏磁方案與本發(fā)明的恒定MR傳感器偏磁電壓方案是相同的。應(yīng)該理解，恒定MR傳感器電壓偏磁與一般的整個MR磁頭的恒定電壓偏磁是不同的，后者沒有恒定溫升和恒定電流密度的優(yōu)點。
本發(fā)明的第四個偏磁方案是恒定MR傳感器溫升偏磁方案。這種傳感器偏磁技術(shù)使得一種產(chǎn)品的所有磁頭有相同的(在傳感器上的電偏磁功率耗散所造成的)溫升。自然，這種偏磁方法與上面本發(fā)明的兩種偏磁方法相同。因為恒定傳感器溫升偏磁、恒定傳感器電流密度偏磁和恒定傳感器電壓偏磁全都與傳感器的高度h無關(guān)，本發(fā)明的這三種偏磁方法全都能作為相同的情況來處理。因為RH＝Rl+Rf+RS(16)和Rf，RS∝l/h(17)在前引線電阻Rf和傳感器電阻RS兩端的，即在Rf+RS兩端的恒定電壓偏磁也將在傳感器上產(chǎn)生恒定電流密度，并且在一種產(chǎn)品的所有傳感器上造成恒定的溫升，而不管傳感器的高度h如何。因此，在原則上，可獲得恒定溫升，如圖4(a)-4(d)原理方框圖所表示的那樣。
圖4(a)表示MR磁頭、AE模塊以及MR磁頭與AE模塊之間的導(dǎo)線W的原理方框圖。圖4(b)表示MR磁頭與引線及導(dǎo)線的等效電路。根據(jù)本發(fā)明，MR磁頭“看見”一個在AE模塊輸入端的具有負輸入電阻的偏磁電壓源。圖4(c)表示等效偏磁電路，其中電壓VS是在MR傳感器的傳感器電阻RS兩端形成的電壓。圖4(d)表示等效偏磁電路，其中電壓VB是在MR傳感器的傳感器電阻RS與前端引線電阻Rf兩端形成的電壓。示于圖4(c)的、其輸入電阻為-(Rf+Rl)的等效電路相當難實現(xiàn)，因為Rf∝l/h，并且與每個個別磁頭有關(guān)。另一方面，Rl是相當恒定的。因此，示于圖4(d)的具有偏磁電壓VB和輸入電阻-Rl的等效電路，是為實現(xiàn)本發(fā)明的第二、第三和第四偏磁方案提供偏磁的偏磁電路的最佳實施方法。示于圖4(d)的等效電路的負電阻-Rl抵消了MR磁頭導(dǎo)線和引線的電阻Rl，并且有效地把偏磁電壓VB加到MR磁頭的RS+Rf兩端。
圖5(a)-5(c)是圖4(d)的電路的等效電路模型。在圖5(c)中，當I＝VB/Rl時，電流源I和負輸入電阻-Rl在MR磁頭的RS+Rf兩端形成恒定的偏磁電壓VB，如圖4(b)所示。圖6(a)和6(b)表示在本發(fā)明的恒定傳感器溫升偏磁方案情況下，可作范例的偏磁條件。在圖6(a)中，表示恒定傳感器溫升偏磁方案情況下，總MR磁頭電阻RH變化時傳感器電流IH的變化情況。圖6(b)表示在相同的情況下，總MR磁頭電阻RH變化時，磁頭偏磁電壓VH的變化曲線。圖6(a)和6(b)的曲線用下式來描述IH＝VB/(RS+Rf) (18)和VH＝VB+IHRl(19)隨著傳感器的高度的減小，由于傳感器頂緣和底緣的去磁效應(yīng)，傳感器上的恒定電流密度引起的有效磁偏置逐漸變小。在有相對小高度的傳感器中，為獲得恒定的有效磁偏置，本發(fā)明的第五偏磁方法提供逐漸增大的傳感器電流密度，它由下面的多項近似式給出JS＝(Jh0-J0)(h0/h)2. (20)圖7(a)表示JS的理論曲線。圖7(b)和7(c)表示根據(jù)本發(fā)明的第五偏磁方案的、為恒定電流密度JS提供實際可行的近似的偏磁條件。在低于與傳感器高度h0相對應(yīng)的磁頭電阻RH0時，用能產(chǎn)生恒定磁頭電流密度JS的恒定偏磁電壓來偏磁磁頭。在大于Rh0時，磁頭用恒定電流IB來偏磁，這樣，造成了傳感器電流密度增加，此增量反比于傳感器高度h而正比于傳感器電阻RS。
圖8(a)和8(b)說明根據(jù)本發(fā)明的MR磁頭恒定功率偏磁的一般概念的原理方框圖。示于圖8(a)和8(b)的電子電路包括乘法器件81，例如，熟悉的跨導(dǎo)乘法器，它有正比于IB的第一輸入信號和正比于VH的第二輸入信號。IB和VH是在AE模塊的輸入端處可以得到的信號。比較器83將來自乘法器81的積信號輸出82與參考信號84作比較。信號84正比于MR磁頭電阻RH上耗散的所希望的偏磁功率PB。比較器83輸出控制信號85，該信號正比于積信號輸出82與參考信號84之差，并且被用于控制偏磁電流IB(圖8(a))或用于控制磁頭電壓VH(圖8(b))，以便使乘積IBVH恒定。在圖8(a)中，受控變量是IB，而變量VH通過方程VH＝RHIB自動地與IB發(fā)生聯(lián)系。磁頭電阻RH不必是一個已知的值，即磁頭與磁頭之間可以互不相同。對于圖8(b)，受控變量是VH而變量IB與VH發(fā)生聯(lián)系。
圖9表示對MR磁頭提供恒定功率偏磁的偏磁電路900的原理方框圖。偏磁電路900包括由放大器901、晶體管902和電阻903組成的電流阱(sink)。該電流阱的輸出電流正比于磁頭電壓VH。如所示，放大器901的輸出耦合到晶體管902的基極。晶體管902的發(fā)射極耦合到放大器901的反相輸入端，并通過電阻903接到第一電源VS1。放大器901的非反相輸入端連接到偏磁電路900的輸入端804。電路900的輸入端905耦合到電源VS1。MR磁頭(RH)連接在輸入端子904和905之間。這樣，出現(xiàn)在RH兩端的電壓連接到電流阱的兩端，并且控制晶體管902的集電極電流的大小。
晶體管906和907連接成第一差分放大器。即，晶體管906和907的發(fā)射極連接在一起，并耦合到晶體管902的集電極。晶體管906和907的基極分別耦合到電阻917的相對端。電阻917連接成使流過電阻917的電流就是流過端點904和流過RH的偏磁電流IB。晶體管906的集電極通過電阻908連接到第二電源VS2，而晶體管907的集電極通過電阻909連接到第二電源VS2。晶體管906和907的差分集電極電流正比于IBVH。
由晶體管910和911以及電流源913構(gòu)成第二差分放大器。晶體管910和911的發(fā)射極連接在一起，并耦合到電流源913的一端。電流源913的另一端連接到第一電源VS1。電流源913輸出用于偏磁晶體管910和911的電流I3。晶體管910的集電極耦合到晶體管906的集電極，而且晶體管911的集電極耦合到晶體管907的集電極。其大小與所希望的偏磁功率PB成正比的參考電壓Vref加到晶體管910和911的基極之間，從而在晶體管910和911的集電極處產(chǎn)生被從晶體管906和907的差分輸出電流中減去的恒定的差分電流。該恒定量的大小可以通過改變Vref來改變。雖然圖9表示Vref從外面加到電路900，但Vref還可以做成恒定的，即做在電路900的內(nèi)部，并且I3可以做成能從外面使其與所希望的偏磁功率PB成正比地變化，以適應(yīng)有不同PB要求的寬的產(chǎn)品范圍。
晶體管906的集電極耦合到控制放大器914的反相輸入端，而晶體管907的集電極耦合到控制放大器914的非反相輸入端。放大器914的輸出控制由晶體管916和電阻915組成的電流源。晶體管916和電阻915產(chǎn)生流過電阻917和流過磁頭電阻RH的偏磁電流IB。在電阻917＜＜KT/qIB和Vref＜＜KT/q時，得到PB＝VHIB＝I3VrefRl/RS(21)其中，Rl和RS分別為電阻903和917的阻值。
在本發(fā)明的恒定MR磁頭偏磁電壓方法情況下，只有總MR磁頭電阻RH的電阻RS被恒定電壓偏磁。如上所證明的那樣，這個偏磁方案除了能達到傳感器在環(huán)境溫度以上的恒定溫升外，還達到在傳感器上的恒定電流密度JS。如圖4(a)-4(d)所示，恒定傳感器偏磁可以用補償磁頭電阻的非傳感器電阻部分，即引線電阻Rl和前引線電阻Rf，或較易做到的是，僅補償引線電阻Rl(見圖4(d))來實現(xiàn)。實現(xiàn)這一點的簡單而恰當?shù)姆椒ㄊ居趫D10(a)和10(b)。圖10(a)表示根據(jù)本發(fā)明的提供恒定傳感器電壓偏磁的電路1000的原理方框圖，而圖10(b)表示示于圖10(a)的原理方框圖的網(wǎng)絡(luò)等效電路1010。
在圖10(a)中，圖10(b)的具有負輸入電阻-Rl和電壓源VB的網(wǎng)絡(luò)等效電路1010配置成橋式電路1000。電路1000包括放大器1002，它檢測總磁頭電阻RH與MR傳感器模型或等效電路，即串有NRl的電路1001的電壓差。放大器1002調(diào)節(jié)兩個電流源1003和1004，直到在放大器1002的兩輸入端檢測到的電壓差等于零為止。最好，電流源1003提供IB，而電流源1004提供電流IB/N，其中N選擇為大于1，以便節(jié)省功率?？墒?，N可以根據(jù)其它考慮來選擇。N的實際可行的值在5-20范圍內(nèi)。
圖11表示對MR磁頭的傳感器電阻RS部分提供恒定電壓VB的電路1100的原理方框圖。電路1100包括連接成發(fā)射極跟隨器的晶體管1101。晶體管1101的基-發(fā)射極電壓被晶體管1102的基-發(fā)射極電壓所抵消，后者的工作面積(area)最好比Tl晶體管1101的小N倍，以便節(jié)省功率。等效電路1001的電阻值NRl按照N倍增大。晶體管1101最好是AE模塊的讀回放大器的輸入晶體管。雖然在圖11中沒表示出來，但是在晶體管1101的集電極處探測讀回信號。電容連接在晶體管1101和1102的基極與電源VS2之間用于濾波。為了有較大的適應(yīng)性，可在芯片外(off-chip)提供NRl和VB。由晶體管1103和1104構(gòu)成電流反射鏡，它連接成任何熟悉的電流反射鏡結(jié)構(gòu)(雙FET反射鏡等)，并且也按因子N縮放。這個電流反射鏡迫使電流流過晶體管1101和1102，也流過RH和模型1001，以便按因子N縮放。
圖12表示對MR磁頭的傳感器電阻RS部分兩端提供恒定電壓Va的另一電路1200的原理方框圖。電路1200配置成用于直接從MR磁頭信號電壓中探測出MR磁頭讀回信號。電路1200包括MR等效電路1001。放大器1201連接成能探測MR磁頭兩端出現(xiàn)的電壓VH與等效電路1001兩端出現(xiàn)的電壓的差。在這一點上，放大器1201的非反相輸入端耦合到MR磁頭，而放大器1201的反相輸入端耦合到等效電路1001。放大器1201的輸出端連接到晶體管1202和1204的基極，后者都配置成可控電流源。晶體管1202對晶體管1204的工作面積(area)比最好為N∶1，以便節(jié)省功率，也可以根據(jù)其它考慮來選擇。電容1206連接在放大器1201的輸出端與電源VS2之間，用于對從放大器1201來的控制信號輸出進行濾波。
晶體管1202的發(fā)射極通過電阻1203耦合到電源VS2。與此相似，晶體管1204的發(fā)射極通過電阻1205耦合到電源VS2。晶體管1202的集電極耦合到MR磁頭，而晶體管1204的集電極通過二極管1208和1209耦合到等效電路1001。電容1207連接到晶體管1204的集電極，用于濾波的目的。
電路1200包括由晶體管1211和1212組成的輸出級。晶體管1212的基極耦合到晶體管1202的集電極。與上相似，晶體管1211的基極耦合到晶體管1204的集電極。晶體管1211的集電極通過電阻1210耦合到電源VS2。所探測到的來自MR磁頭的讀回信號產(chǎn)生于接在端子1213和1214之間的電阻1210兩端。
圖13表示利用本發(fā)明的傳感器偏磁方法的單端MR前置放大器的輸入級電路1300的原理方框圖。電路1300包括示于圖11的電路1100。此外，具有等于2IB/β的電流Icomp的電流源1304連接在電壓源VS2(例如+5V)與晶體管1103和1104的基極之間，其中β是晶體管1103的電流增益。MR磁頭信號可在端點1310和1311處獲得，并且可用下式描述VOUT=ΔRhRhVBRC(re1+re2).---(22)]]>包含放大器1305、電容1306、補償二極管1307、電阻1308和晶體管1309的電流源用作流經(jīng)電阻1303的偏磁電流IB的“泄放”部分，從而使電阻1303可以有較大的阻值，例如450歐姆，以便獲得較大的增益而又不引起晶體管的峰值儲備問題。在電阻1303的阻值為450歐姆的情況下，電阻1308最好應(yīng)有194歐姆的阻值，以便通過晶體管1309提供70％的IB。電容1306最好為470pF。為了反映(to mirror)流過電阻1303的占偏磁電流IB例如30％的電流，將串聯(lián)二極管1301(自偏磁晶體管)與晶體管1302一起使用?？墒?，即使在泄放電流源中有補償二極管1307，這種電路配置也能引起信號的畸變、偏移等等現(xiàn)象。
借助于電路1400來避免電路1300的與信號畸變有關(guān)的問題，如圖14所示。電路1400是利用傳感器偏磁方法的單端MR前置放大器的輸入級，并且包括電路1100(圖11)和泄放電流源(電路1300)。不過，對于電路1400，取消了電路1300的二極管1301和1307。選擇電阻1303和1308有相同的阻值，例如450歐姆，從而使IB的50％流過晶體管1103和50％流過晶體管1109。放大器1401耦合到由晶體管1103和1104組成的電流反射鏡的兩個發(fā)射極。放大器1401的輸出耦合到晶體管1404的柵極。晶體管1404的源通過電阻1403耦合到電源VS2。晶體管1404的漏耦合到晶體管1104的集電極。電容1402用于濾波。
在電路1400中，包含磁頭等效電路1001的最右側(cè)縱支路中補償電流的大小可從輸入晶體管1101上面的共射一共基(cascode)晶體管1103的基-發(fā)射極導(dǎo)出。放大器1401控制FET電流源，即晶體管1404，從而最右側(cè)縱支路上的補償電流是通過MR磁頭的輸入偏磁電流IB的例如1/10。
在本發(fā)明的恒定有效磁偏置方案中，具有相對小磁頭高度的MR傳感器會偏磁在高于本發(fā)明的第二、第三或第四偏磁方案的偏磁電流密度的偏磁電流密度下。難以實現(xiàn)增加的電流密度理想曲線(圖7(a))，因此，本發(fā)明提供圖7(b)的近似曲線。近似方法實現(xiàn)了低阻磁頭的恒定電壓偏磁(圖7(b))和高阻磁頭的恒定電流偏磁(圖7(c))。恒定VB和恒定IB曲線交點處在最小磁頭電阻RHmin和最大磁頭電阻RHmax之間，這就是在一種產(chǎn)品所遇到的情況，并且對應(yīng)于給定的傳感器高度h0。
圖15表示根據(jù)本發(fā)明的提供恒有效磁偏置的電路1500的原理方框圖。電路1500包括圖11的電路1100。電路1500對相對低的RH值提供恒定傳感器電壓，在這種情況下，流過RH和晶體管1101的磁頭偏磁電流大到足以關(guān)斷由晶體管1502和電阻1503構(gòu)成的可控電流源。放大器1501的作用是將晶體管1504上的壓降與晶體管1103(圖中兩者都接成二極管)上的壓降進行比較。對于相當高的磁頭電阻值RH的情況，偏磁電流變得足夠小，以至放大器1501把正向電壓加到晶體管1502的基極。因此，晶體管導(dǎo)通并且電路1500向MR磁頭提供恒定定電流偏磁。圖16(a)和16(b)表示恒有效磁偏置電路1500的可作范例的MR磁頭偏磁條件。交叉點由(參考)電流I0和晶體管工作面積比N來決定。
所以，對于磁頭電阻RH足夠大的情況IB＞VB/(RH-Rl)，(23)磁頭偏磁電流在數(shù)值IB＝NI0處保持恒定。
對于較低的磁頭電阻RH，偏磁電流IB決定于IB＝VB/(RH-Rl) (24)交叉點處的RH值由下式給出Rh0＝VB/(NI0)+Rl(25)并且它可處在一種產(chǎn)品磁頭電阻間隔范圍內(nèi)的任何值上Rhmin≤Rh0≤Rhmax(26)本發(fā)明的所有公開的實施例和偏磁電路的配置可以是MR/AE模塊電路的一部分，而此模塊又是盤驅(qū)動器的一部分。
雖然已結(jié)合例示的實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)重視和理解可能做出各種改變，而不超出本發(fā)明的真實精神和范圍。
權(quán)利要求
1.用于磁致電阻(MR)傳感器的偏磁電路，MR傳感器有總電阻RH，總電阻RH包括傳感器電阻RS、磁頭引線電阻R1和前引線電阻Rf，其特征在于該偏磁電路包括傳感器等效電路，它包括電壓源和輸入電阻，電壓源有預(yù)先確定的電壓，而輸入電阻有與MR傳感器的引線電阻R1有關(guān)的阻值；差分傳感電路，它有第一和第二輸入端，第一輸入端耦合到MR傳感器，而第二輸入端耦合到傳感器的等效電路，差分傳感電路檢測第一和第二輸入端的電壓差；第一電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生MR傳感器的偏磁電流IB，該第一電流源是MR傳感器的偏磁電流IB的唯一源；和第二電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生控制電流，后者被耦合到傳感器的等效電路，控制電流正比于MR傳感器的偏磁電流IB，從而使電壓源的預(yù)先確定的電壓等于出現(xiàn)在傳感器電阻RS兩端的預(yù)先確定的電壓VB。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的偏磁電路，其特征在于此偏磁電路是MR磁頭/臂電子(AE)電路的一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的偏磁電路，其特征在于MR磁頭/AE電路是盤驅(qū)動器的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的偏磁電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們每個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，而第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，和第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第三晶體管，而第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第四晶體管，第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡，第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，而第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的偏磁電路，其特征在于第一晶體管對第二晶體管的工作面積比為N∶1，而第三晶體管對第四晶體管的工作面積比為N∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的偏磁電路，其特征在于差分傳感電路進一步包括輸出端，其中第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第一晶體管，而第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第二晶體管，第一晶體管的第一節(jié)點和第二晶體管的第一節(jié)點耦合到差分傳感電路的輸出端，第一晶體管的第三節(jié)點耦合到MR傳感器，第二晶體管的第三節(jié)點耦合到MR傳感器等效電路，偏磁電路進一步包括輸出電路，它有第一和第二輸入節(jié)點以及輸出節(jié)點，輸出電路的第一輸入節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，輸出電路的第二輸入節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的偏磁電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們每個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，而第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，其中第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第三和第四晶體管，第三和第四晶體管各自的第二節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，和其中第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第五晶體管，第三晶體管的第一節(jié)點耦合到第五晶體管的第一和第三節(jié)點，以便形成電流反射鏡，第五晶體管的第二節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的偏磁電路，其特征在于第一晶體管對第二晶體管的工作面積比為N∶1，并且流入第四晶體管的第二節(jié)點的電流、流入第三晶體管的第二節(jié)點的電流以及流入第五晶體管的第二節(jié)點的電流三者的比值為K∶L∶1，其中K+L等于N。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的偏磁電路，其特征在于偏磁電路進一步包括電流傳感電路，它檢測第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB，此偏磁電流用于在傳感器電阻RS兩端產(chǎn)生預(yù)先確定的偏磁電壓VS；和第三電流源，當?shù)谝浑娏髟礊轭A(yù)先確定的偏磁電壓VS而產(chǎn)生的偏磁電流IB小于預(yù)先確定的傳感器偏磁電流時，第三電流源對電流傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生輸出電流，第三電流源產(chǎn)生的輸出電流耦合到傳感器等效電路，并且與第二電流源產(chǎn)生的控制電流結(jié)合起來，形成聯(lián)合控制電流，聯(lián)合控制電流與MR傳感器偏磁電流IB有關(guān)，從而使預(yù)先確定的MR傳感器偏磁電流流經(jīng)傳感器電阻RS，產(chǎn)生預(yù)先確定的有效的傳感器電阻RS的磁偏置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的偏磁電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，并且第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，和第一電流源包括第三晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，而第二電流源包括第四晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡，而第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的偏磁電路，其特征在于電流傳感電路包括第五晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一節(jié)點耦合到第三節(jié)點；第四電流源，它耦合到第五晶體管的第三節(jié)點；和放大器電路，它有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，第一輸入端耦合到第三晶體管的第三節(jié)點，第二輸入端耦合到第五晶體管的第三節(jié)點，而放大器輸出端耦合到第三電流源。
12.用于磁偏置磁致電阻(MR)傳感器的電路，MR傳感器包括具有傳感器電阻RS的傳感器部分、具有引線電阻R1的引線部分和具有前引線電阻Rf的前引線部分，其特征在于該偏磁電路包括傳感器等效電路；差分傳感電路，它有第一和第二輸入端，第一輸入端耦合到MR傳感器，而第二輸入端耦合到傳感器的等效電路，差分傳感電路檢測第一和第二輸入端的電壓差；第一電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生MR傳感器的偏磁電流IB，該第一電流源是MR傳感器的偏磁電流IB的唯一源；和第二電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生控制電流，后者被耦合到傳感器的等效電路，控制電路正比于MR傳感器的偏磁電流IB，從而使流過MR傳感器的偏磁電流IB在MR傳感器的傳感器部分產(chǎn)生預(yù)先確定的有效磁偏置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電路，其特征在于此電路是MR磁頭/臂電子(AE)電路的一部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的電路，其特征在于MR磁頭/AE電路是盤驅(qū)動器的一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的電路，其特征在于該電路進一步包括電流傳感電路，它檢測第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB，此偏磁電流用于在MR傳感器的傳感器部分形成預(yù)先確定的有效磁偏置；和第三電流源，當?shù)谝浑娏髟礊樵贛R傳感器的傳感器部分形成預(yù)先確定的有效磁偏置而產(chǎn)生的偏磁電流IB小于預(yù)先確定的傳感器偏磁電流時，第三電流源產(chǎn)生的輸出電流耦合到傳感器等效電路，并且與第二電流源產(chǎn)生的控制電流結(jié)合起來，形成聯(lián)合控制電流，聯(lián)合控制電流與MR傳感器偏磁電流IB有關(guān)，使得預(yù)先確定的MR傳感器偏磁電流流經(jīng)MR傳感器，在MR傳感器的傳感器部分產(chǎn)生預(yù)先確定的有效磁偏置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，并且第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等放電路，和第一電流源包括第三晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，而第二電流源包括第四晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡，而第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的電路，其特征在于電流傳感電路包括第五晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一節(jié)點耦合到第三節(jié)點；第四電流源，它耦合到第五晶體管的第三節(jié)點；和放大器電路，它有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，第一輸入端耦合到第三晶體管的第三節(jié)點，第二輸入端耦合到第五晶體管的第三節(jié)點，而放大器輸出端耦合到第三電流源。
18.一種磁致電阻(MR)磁頭/臂電子(AE)電路，其特征在于包括磁致電阻傳感器，該磁致電阻傳感器有總電阻RH，總MR傳感器電阻RH包括傳感器電阻RS、磁頭引線總電阻R1和前引線總電阻Rf；傳感器等效電路，它包括電壓源和輸入電阻，電壓源具有預(yù)先確定的電壓，而輸入電阻具有與MR傳感器的引線電阻R1有關(guān)的阻值；差分傳感電路，它有第一和第二輸入端，第一輸入端耦合到MR傳感器，而第二輸入端耦合到傳感器的等效電路，差分傳感電路檢測第一和第二輸入端的電壓差；第一電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生MR傳感器的偏磁電流IB；和第二電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生控制電流，后者被耦合到傳感器的等效電路，控制電流正比于MR傳感器的偏磁電流IB，從而使電壓源的預(yù)先確定的電壓等于出現(xiàn)在傳感器電阻RS兩端的預(yù)先確定的電壓VB。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其特征在于MR磁頭/AE電路是盤驅(qū)動器的一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們每個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，而第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，和第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第三晶體管，而第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第四晶體管，第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡，第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，而第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的電路，其特征在于第一晶體管對第二晶體管的工作面積比為N∶1，第三晶體管對第四晶體管的工作面積比為N∶1。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其特征在于差分傳感電路進一步包括輸出端，其中第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第一晶體管，而第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第二晶體管，第一晶體管的第一節(jié)點和第二晶體管的第一節(jié)點耦合到差分傳感電路的輸出端，第一晶體管的第三節(jié)點耦合到MR傳感器，第二晶體管的第三節(jié)點耦合到MR傳感器等效電路，所述電路進一步包括輸出電路，它有第一和第二輸入節(jié)點以及輸出節(jié)點，該輸出電路的第一輸入節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，該輸出電路的第二輸入節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
23.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們每個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，而第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，其中第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第三和第四晶體管，第三和第四晶體管各自的第二節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，其中第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第五晶體管，第三晶體管的第一節(jié)點耦合到第五晶體管的第一和第三節(jié)點，以便形成電流反射鏡，第五晶體管的第二節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的電路，其特征在于第一晶體管對第二晶體管的工作面積比為N∶1，并且流入第四晶體管的第二節(jié)點的電流、第入第三晶體管的第二節(jié)點的電流以及流入第五晶體管的第二節(jié)點的電流三者的比值為K∶L∶1，其中K+L等于N。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的電路，其特征在于該電路進一步包括電流傳感電路，它檢測第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB，此偏磁電流用于在傳感器電阻RS兩端產(chǎn)生預(yù)先確定的偏磁電壓VS；和第三電流源，當?shù)谝浑娏髟礊轭A(yù)先確定的偏磁電壓VS而產(chǎn)生的偏磁電流IB小于預(yù)先確定的傳感器偏磁電流時，第三電流源對電流傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生輸出電流，第三電流源產(chǎn)生的輸出電流耦合到傳感器等效電路，并且與第二電流源產(chǎn)生的控制電路結(jié)合起來，形成聯(lián)合控制電流，聯(lián)合控制電流與MR傳感器偏磁電流IB有關(guān)，從而使預(yù)先確定的MR傳感器偏磁電流流經(jīng)傳感器電阻RS，產(chǎn)生傳感器電阻RS的預(yù)先確定的有效磁偏置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們中的每一個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，而第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，和第一電流源包括第三晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，而第二電流源包括第四晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡，而第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的電路，其特征在于電流傳感電路包括第五晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一節(jié)點耦合到第三節(jié)點；第四電流源，它耦合到第五晶體管的第三節(jié)點；和放大器電路，它有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，第一輸入端耦合到第三晶體管的第三節(jié)點，第二輸入端耦合到第五晶體管的第三節(jié)點，而放大器輸出耦合到第三電流源。
28.一種磁致電阻(MR)磁頭/臂電子(AE)電路，其特征在于包括磁致電阻傳感器，該磁致電阻傳感器有總電阻RH，總MR傳感器電阻RH包括傳感器電阻RS、磁頭引線總電阻R1和前引線總電阻Rf；傳感器等效電路；差分傳感電路，它有第一和第二輸入端，第一輸入端耦合到MR傳感器，而第二輸入端耦合到傳感器的等效電路，差分傳感電路檢測第一和第二輸入端的電壓差；第一電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生MR傳感器的偏磁電流IB，該第一電流源是MR傳感器的偏磁電流IB的唯一源；和第二電流源，它對差分傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生控制電流，后者被耦合到傳感器的等效電路，控制電流正比于MR傳感器的偏磁電流IB，從而使流過MR傳感器的偏磁電流IB在MR傳感器上產(chǎn)生預(yù)先確定的有效磁偏置。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的電路，其特征在于MR磁頭/AE電路是盤驅(qū)動器的一部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的電路，其特征在于該電路進一步包括電流傳感電路，它檢測第一電流源產(chǎn)生的偏磁電流IB，此偏磁電流用于在MR傳感器的傳感器部分形成預(yù)先確定的有效磁偏置；和第三電流源，當?shù)谝浑娏髟礊樵贛R傳感器的傳感器部分形成預(yù)先確定的有效磁偏置而產(chǎn)生的偏磁電流IB小于預(yù)先確定的傳感器偏磁電流時，第三電流源對電流傳感電路作出響應(yīng)，產(chǎn)生輸出電流，第三電流源產(chǎn)生的輸出電流耦合到傳感器等效電路，并且與第二電流源產(chǎn)生的控制電流結(jié)合起來，形成聯(lián)合控制電流，聯(lián)合控制電流與MR傳感器偏磁電流IB有關(guān)，從而使預(yù)先確定的MR傳感器偏磁電流流經(jīng)MR傳感器，產(chǎn)生在MR傳感器的傳感器部分的預(yù)先確定的有效磁偏置。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的電路，其特征在于差分傳感電路包括第一和第二晶體管，它們每個都有第一、第二和第三節(jié)點，第一晶體管的第一節(jié)點耦合到第二晶體管的第一和第三節(jié)點，第一晶體管的第二節(jié)點耦合到MR傳感器，而第二晶體管的第二節(jié)點耦合到傳感器等效電路，第一電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第三晶體管，而第二電流源包括具有第一、第二和第三節(jié)點的第四晶體管，第三晶體管的第一和第三節(jié)點耦合到第四晶體管的第一節(jié)點，以便形成電流反射鏡，第三晶體管的第三節(jié)點耦合到第一晶體管的第三節(jié)點，而第四晶體管的第三節(jié)點耦合到第二晶體管的第三節(jié)點。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的電路，其特征在于電流傳感電路包括第五晶體管，它有第一、第二和第三節(jié)點，其中第一節(jié)點耦合到第三節(jié)點；第四電流源，它耦合到第五晶體管的第三節(jié)點；和放大器電路，它有第一輸入端、第二輸入端和一個輸出端，第一輸入端耦合到第三晶體管的第三節(jié)點，第二輸入端耦合到第五晶體管的第三節(jié)點，而放大器輸出端耦合到第三電流源。
全文摘要
一種磁致電阻傳感器偏磁技術(shù)，它對一種產(chǎn)品提供一致的傳感器偏磁。這種技術(shù)提供傳感器恒定功率耗散偏磁、恒定傳感器電流密度偏磁、恒定傳感器偏磁電壓、恒定傳感器溫升偏磁和傳感器的恒定有效磁偏置。
文檔編號G11B5/596GK1548979SQ200410048958
公開日2004年11月24日 申請日期1997年8月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月17日
發(fā)明者K·B·克拉森, J·范佩彭, K B 克拉森, 迮 申請人:國際商業(yè)機器公司