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
技術領域：
本發(fā)明涉及對磁阻(MR)元件采用前置放大器電路的磁盤記錄存儲系統(tǒng)。本發(fā)明具體涉及改進的用于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)對把MR元件與前置放大器連接起來所必須的導線的串聯(lián)輸入電感將不敏感。
典型的磁盤存儲系統(tǒng)包括至少一個支撐在主軸上并由磁盤驅動電動機驅轉的可旋轉的磁盤。每一磁盤上的磁記錄介質在磁盤上呈同心數(shù)據(jù)道的環(huán)形圖案的形式。
至少有一個滑塊位于磁盤上，每一滑塊支撐著一個或多個用于從磁盤讀取數(shù)據(jù)或向其寫入數(shù)據(jù)的磁阻元件。在磁盤旋轉時，滑塊在磁盤表面之上徑向里外運動，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。每一定位器臂裝設在致動器組件上。致動器組件通常包括音圈電動機(VCM)。VCM包括一可在固定磁場內移動的線圈，線圈移動的方向和速度由致動器控制器提供的電流信號控制。
在磁盤驅動器系統(tǒng)工作期間，磁盤的旋轉在滑塊和磁盤表面之間產生一空氣軸承，該空氣軸承對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很小的、基本上固定的間隔。
磁盤驅動器系統(tǒng)的各種組件在工作中由控制單元產生的控制信號控制?？刂菩盘柊ǎ缈刂菩盘柡蛢炔繒r鐘信號。一般，控制單元包括邏輯控制電路，存儲裝置和微處理器?？刂茊卧a生控制各個系統(tǒng)操作的控制信號，諸如驅動電動機控制信號和磁頭定位與搜索控制信號?？刂菩盘柼峁┝藶榘鸦瑝K最優(yōu)地移動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。
所提出的需要是一個用于磁阻(MR)元件的相對于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)對于把MR元件與具有低功耗前置放大器連接起來所必須導線的串聯(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，或使用BiPolar的差動技術。顯然所需要的是使用帶有高輸入阻抗、SE放大器的BiCMOS技術。
曾提出的U.S.Patent 5,323,278(授權給Cotreras等人)，試圖解決對這種能夠以例如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MR元件的偏流，并包含其它對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、低電源運行、及dR/R響應。
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)明是一個用于磁阻(MR)元件的前置放大器電路，該電路對于MR電阻具有高輸入阻抗，使得所得的系統(tǒng)對于把MR元件與前置放大器連接起來所必須的導線的串聯(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，)或差動型的(使用BiPolar技術)。本發(fā)明通過提供使用BiCMOS技術的帶有高輸入阻抗的SE前置放大器電路滿足了先有技術中的需要。
為了更為充分地理解本發(fā)明的本質和優(yōu)點，以及應用的優(yōu)選方式，應當參閱以下結合附圖的詳細說明。
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動系統(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的詳細電路圖。
在以下參照附圖的說明中以一個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行說明，其中相同的標號表示相同或類似的元件。雖然本發(fā)明是借助于實現(xiàn)本發(fā)明的目的的最佳方式進行說明的，但是本專業(yè)技術人員當能理解在不背離本發(fā)明的實質和范圍的情形下將這些原則實現(xiàn)各種變化。
圖1表示采用本發(fā)明的磁盤驅動器20的簡化透視圖。如圖1所示，至少有一個可旋轉的磁盤22支撐在主軸26上并由磁盤驅動電動機30驅動。每一磁盤上的磁記錄介質在磁盤22上呈同心數(shù)據(jù)道(未示出)的環(huán)形模式。
至少一個滑塊24配置在磁盤22上，每一滑塊24支撐著一個或多個磁讀/寫頭34。在磁盤旋轉時，滑塊24在磁盤表面36上徑向里外移動，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裝設在致動器臂32上。懸臂28提供了使滑塊24傾向磁盤表面36的輕微彈力。每一致動器臂32安裝在致動器裝置42上。圖2所示的致動器裝置可以是一個音圈電動機(VCM)。VCM包括可在固定磁場內運動的音圈，音圈運動的方向和速度由控制器46提供的電動機電流信號控制。
在磁盤驅動器存儲系統(tǒng)操作期間，磁盤22的旋轉在滑塊24與磁盤表面36之間產生一空氣軸承，該空氣軸承對磁盤施加一向上的力或升力?？諝廨S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。
磁盤存儲系統(tǒng)的各種組件在操作中由控制單元46產生的控制信號控制，諸如訪問控制和內部時鐘信號。一般，控制單元46包括邏輯控制電路，存儲裝置和微處理器。控制單元46產生控制各種系統(tǒng)操作的控制信號，諸如線路38上的驅動電動機控制信號和線路44上的磁頭定位與搜索控制信號。線路44上的控制信號提供向磁盤22上所希望的數(shù)據(jù)道最優(yōu)移動和定位滑塊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。
以上典型的磁盤存儲系統(tǒng)的說明及圖1的附帶解釋只是為了表示之目的。很明顯，磁盤驅動器存儲系統(tǒng)可以包含大量的盤片和致動器，且每一致動器能夠支撐數(shù)個滑塊。
現(xiàn)參照圖2，該圖示出根據(jù)本發(fā)明的前置放大器的框圖。
通過包括差動放大器52和跨導放大器54的第一反饋回路，使MR元件RMR 50進入操作狀態(tài)。差動放大器52放大加在所述MR元件50和偏壓基準56之間的(DC)電壓之間的差。這一偏壓基準設置為所需的MR元件50的偏壓電平。然后這一壓差被跨導放大器54轉換為電流并饋送給MR元件50的正端。所述MR元件50的負端接地，以防止靜電和導電擊穿事件。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(諸如磁盤22)讀取數(shù)據(jù)時從MR元件50產生的這一信號首先由增益級66放大，其細節(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來自所述MR元件50的電纜進行電終接。輸入裝置Q1(PFET)放大公共源配置中的信號，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最優(yōu)噪聲指標偏移到適當?shù)墓ぷ鼽c。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與從所述工作點產生的并聯(lián)阻抗生成系統(tǒng)中的第二低頻極。然后第一放大信號出現(xiàn)在增益電阻器R2(圖3中所示)，然后該信號由晶體管Q2(PFET)轉向級聯(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的第二放大信號。包括R3、Q3和Q2的所述第一增益級的分支工作點通過Q3的基極調節(jié)，該工作點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的第一增益級分支達到的相對低的增益，這一工作點對全部的噪聲性能作用很大。換言之，系統(tǒng)的噪聲指標主要取決于前兩個增益級，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。
第二反饋回路包括前向方向的(前面所述的)增益級66和逆向方向的第二跨導級68。第二反饋回路由電容器70穩(wěn)定。第二跨導級放大前預定電壓64和和中間單端信號之間的電壓差，從而把差降低到最小并在R3和預定電壓10之間產生偽差動信號。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72從所述偽差動信號產生差動信號輸出，并包含一個或多個標準差動放大器級。這些級的作用是把來自所述MR元件的信號放大到可使用的電平用于后繼信號處理，諸如在磁盤記錄驅動系統(tǒng)中。
雖然已經就具有最佳特征的單個優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但本專業(yè)人員能夠看出，本發(fā)明能夠在所附權利要求的實質和范圍內的改變實施。
權利要求
1．用于磁盤存儲系統(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而由以下裝置組成第一跨導級；基準電壓；以及補償電容器。
6．權利要求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而由以下裝置組成第二跨導級；以及補償電容器。
7．權利要求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。
8．權利要求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節(jié)所述單側輸出的直流成分的裝置。
9．權利要求7中所述的前置放大器電路，其特征在于，電平偏移放大器級進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)明是一個用于磁阻(MR)元件的前置放大器電路,該電路對于MR電阻具有高輸入阻抗,使所得的系統(tǒng)對于把MR元件與前置放大器連接起來所必須的導線的串聯(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),或差動的(使用BiPolar技術)。本發(fā)明通過提供使用BiCMOS技術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)結構滿足了先有技術中的需要。
文檔編號G11B5/012GK1224950SQ9812399
公開日1999年8月4日 申請日期1998年11月11日 優(yōu)先權日1997年11月14日
發(fā)明者保羅·溫欣·春, 史蒂芬·阿蘭·喬夫 申請人:國際商業(yè)機器公司