专利名称：高输入阻抗单端、低供电电压磁阻前置放大器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及对磁阻(MR)元件采用前置放大器电路的磁盘记录存储系统。本发明具体涉及改进的用于MR元件的具有高阻抗的前置放大器电路，这样所得的系统对把MR元件与前置放大器连接起来所必须的导线的串联输入电感将不敏感。
典型的磁盘存储系统包括至少一个支撑在主轴上并由磁盘驱动电动机驱转的可旋转的磁盘。每一磁盘上的磁记录介质在磁盘上呈同心数据道的环形图案的形式。
至少有一个滑块位于磁盘上，每一滑块支撑着一个或多个用于从磁盘读取数据或向其写入数据的磁阻元件。在磁盘旋转时，滑块在磁盘表面之上径向里外运动，使得磁头可以访问记录所需要的数据的磁盘上不同的部分。每一滑块通过一悬臂装设在一定位器臂上。悬臂提供了使滑块倾向磁盘表面的轻微的弹力。每一定位器臂装设在致动器组件上。致动器组件通常包括音圈电动机(VCM)。VCM包括一可在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度由致动器控制器提供的电流信号控制。
在磁盘驱动器系统工作期间，磁盘的旋转在滑块和磁盘表面之间产生一空气轴承，该空气轴承对滑块施加一向上的力或升力。这样在正常工作期间，空气轴承平衡了悬臂轻微的弹力，并支撑滑块稍微离开磁盘表面之上一个很小的、基本上固定的间隔。
磁盘驱动器系统的各种组件在工作中由控制单元产生的控制信号控制。控制信号包括，例如控制信号和内部时钟信号。一般，控制单元包括逻辑控制电路，存储装置和微处理器。控制单元产生控制各个系统操作的控制信号，诸如驱动电动机控制信号和磁头定位与搜索控制信号。控制信号提供了为把滑块最优地移动并定位到磁盘上所希望的数据道上所需要的电流波形。通过记录通道装置与读/写头往来交换读和写信号。
所提出的需要是一个用于磁阻(MR)元件的相对于MR电阻具有高输入阻抗的单端(SE)前置放大器电路，使得所得的系统对于把MR元件与具有低功耗前置放大器连接起来所必须导线的串联输入电感不敏感。如果使用以前的前置放大器，则所有都是低阻抗型的，例如使用BiCMOS或BiPolar技术，或使用BiPolar的差动技术。显然所需要的是使用带有高输入阻抗、SE放大器的BiCMOS技术。
曾提出的U.S.Patent 5,323,278(授权给Cotreras等人)，试图解决对这种能够以例如3伏特很低的供电电压工作的前置放大器的需要。然而，所公开的电路使用了对MR元件的偏流，并包含其它对噪声性能及偏置性能的限制。本专业中所发现的其它电路包括US Patent 5,548,453，该专利提出带有单端MR装置的基极接地放大器；US Patent 5,444,579，该专利提出使用电流方式放大器的前置放大器；US Patent 5,619,386，该专利提出带有快速调整读放大器的单端MR元件；US Patent 5,122,915提出用于单端MR元件的低噪声前置放大器；以及US Patent 5,543,979提出用于换能器中的公共电流的前置放大器。
显而易见，这些参考文献中都没有提出需要高输入阻抗、单端、低供电电压的带有dR/R响应的MR前置放大器。因而可以看到，需要一种前置放大器电路，这种电路要求低噪声、低电源运行、及dR/R响应。
本发明的目的是要提供一种用于MR元件的可使用很低供电电压并具有低噪声的高输入阻抗、单端(SE)前置放大器。
根据这些目的，本发明是一个用于磁阻(MR)元件的前置放大器电路，该电路对于MR电阻具有高输入阻抗，使得所得的系统对于把MR元件与前置放大器连接起来所必须的导线的串联输入电感不敏感。使用以往的前置放大器，几乎所有都是低阻抗型的(使用BiCMOS或BiPolar技术，)或差动型的(使用BiPolar技术)。本发明通过提供使用BiCMOS技术的带有高输入阻抗的SE前置放大器电路满足了先有技术中的需要。
为了更为充分地理解本发明的本质和优点，以及应用的优选方式，应当参阅以下结合附图的详细说明。
图1是本发明的前置放大器电路能够用于其中的磁盘记录驱动系统的简化的透视图；图2是根据本发明的前置放大器框图；以及图3是图2中所示的前置放大器增益级的详细电路图。
在以下参照附图的说明中以一个优选实施例对本发明进行说明，其中相同的标号表示相同或类似的元件。虽然本发明是借助于实现本发明的目的的最佳方式进行说明的，但是本专业技术人员当能理解在不背离本发明的实质和范围的情形下将这些原则实现各种变化。
图1表示采用本发明的磁盘驱动器20的简化透视图。如图1所示，至少有一个可旋转的磁盘22支撑在主轴26上并由磁盘驱动电动机30驱动。每一磁盘上的磁记录介质在磁盘22上呈同心数据道(未示出)的环形模式。
至少一个滑块24配置在磁盘22上，每一滑块24支撑着一个或多个磁读/写头34。在磁盘旋转时，滑块24在磁盘表面36上径向里外移动，使得磁头34能够访问到记录了所需数据的磁盘不同的部分。每一滑块24借助于悬臂28装设在致动器臂32上。悬臂28提供了使滑块24倾向磁盘表面36的轻微弹力。每一致动器臂32安装在致动器装置42上。图2所示的致动器装置可以是一个音圈电动机(VCM)。VCM包括可在固定磁场内运动的音圈，音圈运动的方向和速度由控制器46提供的电动机电流信号控制。
在磁盘驱动器存储系统操作期间，磁盘22的旋转在滑块24与磁盘表面36之间产生一空气轴承，该空气轴承对磁盘施加一向上的力或升力。空气轴承平衡了悬臂28轻微的弹力，并在正常操作期间支撑滑块24在磁盘之上稍微离开一小的、基本上固定的间隔。
磁盘存储系统的各种组件在操作中由控制单元46产生的控制信号控制，诸如访问控制和内部时钟信号。一般，控制单元46包括逻辑控制电路，存储装置和微处理器。控制单元46产生控制各种系统操作的控制信号，诸如线路38上的驱动电动机控制信号和线路44上的磁头定位与搜索控制信号。线路44上的控制信号提供向磁盘22上所希望的数据道最优移动和定位滑块24所需的电流波形。借助于记录通道40与读/写头34往来交换读/写信号。
以上典型的磁盘存储系统的说明及图1的附带解释只是为了表示之目的。很明显，磁盘驱动器存储系统可以包含大量的盘片和致动器，且每一致动器能够支撑数个滑块。
现参照图2，该图示出根据本发明的前置放大器的框图。
通过包括差动放大器52和跨导放大器54的第一反馈回路，使MR元件RMR 50进入操作状态。差动放大器52放大加在所述MR元件50和偏压基准56之间的(DC)电压之间的差。这一偏压基准设置为所需的MR元件50的偏压电平。然后这一压差被跨导放大器54转换为电流并馈送给MR元件50的正端。所述MR元件50的负端接地，以防止静电和导电击穿事件。偏压电容器58稳定用于生成系统中第一低频极的第一反馈回路。
在从某些介质(诸如磁盘22)读取数据时从MR元件50产生的这一信号首先由增益级66放大，其细节在图3中示出并描述。终接电阻器R1的作用是在前置放大器处对来自所述MR元件50的电缆进行电终接。输入装置Q1(PFET)放大公共源配置中的信号，其中图2中所示的电流源60的作用是使所述输入装置在源极处对最优噪声指标偏移到适当的工作点。输入装置的源极借助于图2中所示的电容器62解偶合接地的。电容器62与从所述工作点产生的并联阻抗生成系统中的第二低频极。然后第一放大信号出现在增益电阻器R2(图3中所示)，然后该信号由晶体管Q2(PFET)转向级联晶体管Q3(NPN)。然后在最终增益电阻器R3处看到作为中间单端信号的第二放大信号。包括R3、Q3和Q2的所述第一增益级的分支工作点通过Q3的基极调节，该工作点还由第二控制反馈回路控制，以维持Q3的集电极处的前置放大电压64。由于可由包括Q1和R2的第一增益级分支达到的相对低的增益，这一工作点对全部的噪声性能作用很大。换言之，系统的噪声指标主要取决于前两个增益级，而不是象更传统的前置放大器电路中那样取决于第一增益级。
第二反馈回路包括前向方向的(前面所述的)增益级66和逆向方向的第二跨导级68。第二反馈回路由电容器70稳定。第二跨导级放大前预定电压64和和中间单端信号之间的电压差，从而把差降低到最小并在R3和预定电压10之间产生伪差动信号。电容器70的作用是稳定第二反馈回路并向系统生成第三低频极。
最后的增益级72从所述伪差动信号产生差动信号输出，并包含一个或多个标准差动放大器级。这些级的作用是把来自所述MR元件的信号放大到可使用的电平用于后继信号处理，诸如在磁盘记录驱动系统中。
虽然已经就具有最佳特征的单个优选实施例对本发明进行了说明，但本专业人员能够看出，本发明能够在所附权利要求的实质和范围内的改变实施。
权利要求
1．用于磁盘存储系统中的磁阻元件的前置放大器电路，它包括用于向所述磁阻元件提供偏压的装置；偏移控制反馈回路；以及包含在所述偏移控制反馈回路中的单端、高输入阻抗的放大电路。
2．权利要求1中所述的前置放大器电路，其特征在于，向所述磁阻元件提供偏压的所述装置由包含电流源的电流装置组成。
3．权利要求1中所述的前置放大器电路，其特征在于，向所述磁阻元件提供偏压的所述装置由包含电压控制装置组成。
4．权利要求3中所述的前置放大器电路，其特征在于，所述电压控制装置是电压偏移反馈回路。
5．权利要求4中所述的前置放大器电路，其特征在于，电压偏移反馈回路进而由以下装置组成第一跨导级；基准电压；以及补偿电容器。
6．权利要求5中所述的前置放大器电路，其特征在于，偏移控制反馈回路进而由以下装置组成第二跨导级；以及补偿电容器。
7．权利要求6中所述的前置放大器电路，其特征在于，放大电路进而由以下装置组成低噪声输入装置；第一增益电阻器；以及具有单端输出的电平偏移放大器级。
8．权利要求7中所述的前置放大器电路，其特征在于，放大电路还包括用于调节所述单侧输出的直流成分的装置。
9．权利要求7中所述的前置放大器电路，其特征在于，电平偏移放大器级进而由以下装置组成电平偏移装置；放大装置；以及第二增益电阻器。
全文摘要
本发明是一个用于磁阻(MR)元件的前置放大器电路,该电路对于MR电阻具有高输入阻抗,使所得的系统对于把MR元件与前置放大器连接起来所必须的导线的串联输入电感不敏感。使用以往的前置放大器,几乎所有都是低阻抗型的(使用BiCMOS或BiPolar技术),或差动的(使用BiPolar技术)。本发明通过提供使用BiCMOS技术的带有高输入阻抗的前置放大器电路以及低功耗的单端(SE)结构满足了先有技术中的需要。
文档编号G11B5/012GK1224950SQ9812399
公开日1999年8月4日 申请日期1998年11月11日 优先权日1997年11月14日
发明者保罗·温欣·春, 史蒂芬·阿兰·乔夫 申请人:国际商业机器公司