专利名称：自适应低噪声电流发生器及其方法
技术领域：
本发明涉及大容量存储器领域。该发明尤其涉及为磁阻磁头产生低噪声电流的一种方法和电路。
背景技术：
任何计算机系统的一个关键对成是数据存储装置。计算机系统由多个不同的装置可以进行数据存储。将大量数据存储在计算机系统中的通常位置是在磁盘驱动器上。磁盘驱动器最基本的部分是磁盘、调速控制器和电路。磁盘可以转动，调速控制器控制转换器在磁盘上移动到各种位置，电路同时从磁盘进行读和/或写。磁盘驱动器还包括进行数据编码的电路，能够成功地在磁盘表面进行检索及写操作。除了将数据传递回请求的计算机并从请求的计算机取出数据存储到磁盘上外，微处理器还控制磁盘驱动器的多种运行。
磁盘驱动器包括一个转换器磁头，该磁头既可以将数据写到磁盘表面的磁层中的环形磁道或螺旋磁道上，又从磁层上读取数据。在某些磁盘驱动器中，转换器包括一个为写数据提供磁场的电气驱动线圈(或“写磁头”)，以及一个检测沿读取数据磁道的磁场变化的磁阻(MR)元件(或“读磁头”)。
转换器通常置于一个小陶瓷砌块上，也称之为一个滑块，它在空气动力方面设计得可以使其在磁盘上浮动飞行。滑块按与磁盘转换关系越过磁盘。多个滑块具有一个由轨道和轨道间凹槽构成的空气支承面(“ABS”)。当磁盘转动，轨道和磁盘表面的空气受到牵引形成压力，这样强迫磁头离开磁盘。与此同时，空气冲出空气支承面中的凹槽或凹坑形成负压区域。负压或抽吸作用抵销了轨道处产生的压力。滑块附着在一个负载弹簧上，该弹簧可以在滑块上产生一个指向磁盘表面的作用力。各种作用力平衡使得滑块能够按特定滑行高度在磁盘表面浮动飞行。飞行高度为磁盘表面和转换磁头之间的距离，通常为空气润滑膜的厚度。在磁盘转动过程中，该膜消除了如果将转换磁头和磁盘处于机械接触时产生的摩擦以及由此产生的磨损。在某些磁盘驱动器中，滑块通过一个润滑层而不是在磁盘表面浮动。
表示信息的数据储存在存储磁盘的表面。磁盘驱动系统读和写的信息都储存在存储磁盘的磁道上。转换器采用读/写磁头与滑块相连的形式，该滑块位于存储磁盘的两面，当转换器恰好位于存储磁盘表面上的其中一个指定磁道，转换器在存储磁盘上进行读和写信息。转换器也可以被说成移动到目标磁道。随着存储磁盘的自旋转，读写磁头可以准确地定位于目标磁道上，读/写磁头通过在存储磁盘上写入数据形式信息，将数据储存在磁道上。类似地，通过将读/写磁头定位于目标磁道上，同时读取存储磁盘上的存储信息，实现存储磁盘上的数据读取。为了从不同磁道上进行读写，读/写磁头可以径向滑过磁道指向选定的目标磁道。数据在磁道上成对分割。在某些磁盘驱动器中，磁道是多重的同心环形磁道。在另一些磁盘驱动器中，连续的螺旋是磁盘驱动器一侧的一个磁道。伺服反馈信息常用来准确定位转换器。在读写操作期间利用伺服信息，调速控制器装置移动到需要的位置，而且保持非常准确。
通常，一个电流源电路常常为读磁头中的MR元件提供恒定的偏置电流。MR元件的阻抗变化引起跨过MR元件的电压变化，电压检测器电路常用来检测这些变化。电流源的任何噪声将引起MR元件两端的电压的噪声，由此形成检测电压中的噪声。
因此，需要一种为转换器，特别为磁阻敏感元件产生低噪声电流的电路方法和电路。
本发明综述下面将说明一种为磁盘驱动器磁头产生低噪声电流的方法和装置，其中一个实施例是为磁阻磁头的。
一个实施例提供了一个电流发生电路，一个采用该电路的磁盘驱动器系统，以及一种相关方法。该系统包括一个转动磁盘，一个转换器，其读磁头处于从磁盘读取数据的位置，以及一个电流发生器电路。该电流发生器电路运行时与读磁头耦合。该电流发生器电路包括一个场效应晶体管电流镜电路，和一个自动调整电路，为降低噪声，该自动调整电路运行时与电流镜电路耦合以调整电流镜电路场效应晶体管的有效宽长比。一个实施例中，这种调整自动进行，直到达到电流设置接收器电路的最低可接受电压。
本发明的另一个方面是为转换器或其他应用提供一种产生低噪声电流的电流发生器电路。该电路包括一个场效应晶体管镜象电流电路和一个运行时与电流镜电路耦合的自动校准电路，该自动校准电路调整电流镜电路的场效应晶体管的有效宽长比以降低噪声。
本发明的另一个方面是提供在电流镜电路中降低装置噪声的一种方法。该方法包括以下步骤(a)提供多个场效应晶体管的镜象电流对，(b)选择性地截止一个或多个场效应晶体管对以调整宽长比从而降低装置噪声。
本发明的另一个方面是提供一个磁盘驱动器系统，包括一个转动磁盘，一个具有一个读磁头定位于从磁盘读取数据位置的转换器，以及一个为减小噪声，准备自动校准宽长比的电流发生器。
有利的是，为转换器产生低噪声的系统，电路以及方法都可以作为磁盘驱动加电序列(和任选的任何时间)的一部分被启动以使转换器偏置电流源的有效长宽比能够得到调整。在某些实施例中，通过选择性地截止一对或多对平行连接成为电流镜像电流源的场效应晶体管，直到得到最小的宽长比，从而至少保持跨过一个电流接收器两端有最小所需电压。在某些实施例中，为转换器产生的电流是多倍于，例如十倍于传送到电流接收器的电流。
附图简要说明
图1是具有多个磁盘存储堆栈和向磁盘表面加载和从磁盘表面卸载的一个倾斜端头装置的一个磁盘驱动器部分分解图。
图2是结合本发明的电流源200的框图。
图3是对电流源200进一步说明的框图。
图4是对电路200一些部分说明的一个实施例的电流图。
图5是对电路200其它部分的一个实施例的电流图。
图6是带有和不带有自适应W/L校准的电流噪声图。
图7是一个实施例的时钟图。
图8是采用本发明的计算机系统原理图。
图9是本发明一个实施例的流程图。
较佳实施例说明在下面对所选实施例详细的说明中，参考附图，该附图构成本文的部分，通过图示说明，本发明还可能用在特别的实施例中。在不违背本发明范围的前提下，还可能采用别的实施例，而且也可能做出结构变化，这一点是容易理解的。
在这种应用中描述的本发明对各种类型的磁盘驱动器都是有用的，包括硬盘驱动器，ZIP驱动器，软盘驱动器，以及任何其他类型的驱动器，驱动器系统(例如“廉价/非独立磁盘驱动器的冗余阵列”(或RAID)结构或者其他装置，在这里用受电流源偏置的读磁头进行读数据。
在这种应用中描述的本发明对具有旋转或线性驱动的磁盘驱动器的许多电气和机械结构是有用的。此外，本发明对各种类型的磁盘驱动器，包括硬盘驱动器，ZIP驱动器，软盘驱动器，以及任何其他类型的驱动器，在为转换器提供所需要的低噪声电流源方面都是有用的。图1是本发明一个实施例的部分分解图，该实施例给出了一种类型的具有旋转调速控制器的磁盘驱动器100。磁盘驱动器100包括一个壳体或机座112，一个顶盖114。机座112和顶盖114形成了磁盘的封闭体。在调速控制器转轴118上可旋转地附着在机座112上的是一个调速控制器组件120。该调速控制器组件120包括一个具有多个臂123的梳状结构122。耦合到梳状结构122上的分开臂123是承载悬梁或承载弹簧124。承载悬梁和承载弹簧都称为悬架。耦合在每个承载弹簧124的末端是一个载有一个磁性转换器150的滑块126。在某些实施例中，转换器150包括一个电磁线圈写磁头97和一个磁阻读磁头98(见图2)。带转换器150的滑块126构成了多次所谓磁头。应该注意，许多滑块具有一个转换器150，表示在图中。还应该注意到，该发明对具有一个以上转换器的滑块同样可适用，例如被称作MR或磁阻磁头，其中一个转换器150通常用作读取，另一个转换器通常用作写入。在调速控制器臂组件120末端，与承载弹簧124和滑块126相对的是音圈128。
机座上耦合的是一个第一磁铁130和一个第二磁铁130。如图1所示，第二磁铁130’同顶盖114联在一起。第一和第二磁铁130,130’和音圈128是音圈电动机的关键部分，音圈电动机将向调速控制器组件120施加一个作用力使其绕调速控制器转轴118转动。固定在机座112上的还有一个主轴电动机。主轴电动机包括一个被称为主轴盘心133的转动部分。在这种特殊磁盘驱动器中，主轴电动机位于盘心内。在图1中，多个磁盘134与主轴盘心133相连。在另一种磁盘驱动器中，单个磁盘或不同数目的多个磁盘可以固定在盘心上。这里所描述的本发明除了适用于有单个磁盘的磁盘驱动器外，还同样适用于具有多个磁盘的磁盘驱动器。在此所述的本发明还同样适用于带有主轴电动机位于盘心133之内或在盘心下面的磁盘驱动器。
图2是结合本发明的电流源200的框图。在实施例中，转换器150包括一个电磁线圈写磁头97和一个磁阻读磁头98(见图1)。低噪声电流发生器200适用于多种类型的转换器，包括磁阻读传感元件(MR磁头)98。在所示的实施例中，电流发生器200提供了一个电流稳定源214(IMRBIAS)到MR磁头98中。在写操作过程中，输入信号95受到写放大器96的制约，以沿磁盘134磁道(环形或旋形)上的磁场变化方式，驱动电磁线圈97记录数据。在接下来的读操作过程中，转换器150再次顺着记录下来的磁道穿行，随着感应磁场中的变化引起MR磁头98的阻抗变化，读放大器99检测VOUT中的最终变化，然后发出输出信号215，该信号被磁盘驱动器100进行解码或产生读数据。
人们希望降低电流214(IMRBIAS)中的噪声或其他变化。场效应装置的等效电压噪声的一种模型如PMOS(正掺杂金氧半导体)晶体管是Vn=平方根{(4*K*T*λ*Gm)}*R伏/Hz；其中，K=玻耳兹曼常数，T=用开尔芬表示的温度，λ是一个装置常数(在一些实施例中通常为2/3)，R是电路有效阻抗负载，即MR磁头98的阻抗，Gm=平方根(2*Id*W/L)安培/伏特，其中Id=PMOS装置的工作电流，B=PMOS装置的工艺常数，W=PMOS装置的有效宽度，L=PMOS装置的有效长度(W/L被称为宽长比)，由此，Vn=平方根{(4*K*T*λ*Gm)}*R伏/Hz。由于噪声电压取决于W/L比率，现有装置运行以实现W/L比率最小化，为了降低电流源200的PMOS装置电压噪声，同时保持一足够电压Vg211，使电流设定接收器230准确运行在正常运行条件下。
本发明多个实施例采用一个或其他电压标号和电流方向，因此“电流源”是指包括两个电流方向的电流发生器，“电流接收器”意谓着包括相反的电流方向。
图2中，电流镜210将在导线214上提供一个在导线212取得的电流的N倍的电流。在一些实施例中，倍数N是10，另一些实施例中，倍数N是1，还有别的一些实施例中，也用其他倍数。由此，电流设置接收器230将确定通过导线212的电流量，电流镜210将提供N倍于穿过导线214的电流。自适应电路220在节点接收电流镜210和电流设置接收器之间的电压Vg，然后发出信号222以调整构成电流镜210的装置的有效长宽比。
在一个实施例中，自适应电路220在磁盘驱动器100通电时进行复位，同时检测电压Vg211，并连续运行以降低电流镜电路210中的适当装置的W/L比率。
图3是表示电流源200的详细细节的框图。在实施例中，调节器373(包括双极晶体管371，电阻器373和电容器372)，工作以从源电压VCC产生经调节的电压Vreg201。在图示的实施例中，晶体管的多个电流镜对(301.0和310.0),(301.1和301.1),(301.M和310.M)，都通过(301.M和310.M)提供，它们各自的输出平行连接，如图3所示。
在一些实施例中，一个给定对中的独立晶体管的相对W/L比率有一个十比一的比率(即，设置电流电路301.0的W/L比率为X，对应电流源电路310.0的W/L比率为10X)。这就在导线214上产生了输出电流，该电流是导线212上电流的10倍，由此比为这些具有晶体管W/L比率为一比一的实施例节约了能量。
在一些实施例中，选择电路229在二进制基础上运行，以最高的允许电压Vg211开始，接着采用最小的台阶连续降低有效的W/L比率(例如，采用四位计数器，和四对电流镜像晶体管，台阶宽为最大W/L的1/16)，由此降低电压Vg211直到达到希望的操作电压。例如(见下图7)，在实施例中，Vg211起始为2.3伏，然后连续降低直到下降到小于1.0伏，然后保持高于0.4伏，在此电流接收器230可能就会无法正常运行。某些实施例中，选择电路229在一个连续近似的基础上运行，每个步骤将前步的一半加或减去有效W/L比率。
在多个实施例中，选择电路229用计数器327实现(例如，图3所示的实施例)，或者采用可编程微处理器，或者采用其他希望的合适电路。
某些实施例中，晶体管的连续对的相对W/L比率对前一对为二比一(即电流设置电路301.0为X，对应电流设置电路310.0的W/L比率为10X，以及电流设置电路301.1为2X，对应电流设置电路310.1的W/L比率为20X)。这就为在电线214上提供输出电流的各对提供了一个有效W/L比率的二进制递进方式，由此可以用一个二进制计数器，如计数器327，来对整个电流镜210的W/L进行微调。例如，一个实施例采用了四对晶体管301-310，和四位计数器327来配置使其具有高达16个不同的有效W/L比率。
在一个实施例中，低通滤波器340是一个简单的与电压Vg211到每个电流源电路310.0,310.1,310.M的栅极相耦合的RC滤波器。
图4是一个对电路200的一些部分的一个实施例进行说明的电路图。提供了一个多元M电流设置电路301(通过301.M标识301.0)。各个电路301包括传送门电路403(XG)，该门电路有选择地耦合晶体管402的门电路高电平(使之断开)，电路301还包括传送门电路(XG)408，该门电路有选择地耦合晶体管402的门电路低电平(使之导通)。对于计数器327的适当比特m(其中m=0,1,…,或M)，传送门电路(XG)403和传送门电路(XG)408都用导线耦合到控制信号ADAPT<m>222和其逆向ADAPTB<m>224的反相相位。传送门电路(XG)403包括PMOS晶体管407和NMOS晶体管406，用导线相连使得当XG403为“开”时，XG408为“关”，反过来也这样。传送门电路(XG)415包括PMOS晶体管407和NMOS晶体管414，用导线与对应的电流源晶体管410.m串联，这样使得当XG403为“开”时，XG413为“关”，反过来也这样。任选的晶体管409是一个PMOS元件，在此实施例中，该元件栅极连接为高电平(通常会是关闭)，但会具有容易重新用导线耦合的能力，例如用一个金属罩的改变，可以使其栅极不耦合到晶体管401的栅极电路上，由此将倍数N变为较小值(例如从10比1变为5比1)。在其他实施例中，如果两个晶体管都完全一致，晶体管409的栅极并不用导线耦合到晶体管401的栅极，由此若两个晶体管相同则使该装置的有效W/L比率得到了加倍。电流设置晶体管401.m具有X×2m的有效W/L比率。一个实施例中，X是36微米宽/12微米长，其中各个电路301的m=0,1,…,或M。类似地，每个电流源晶体管401.m具有N×X×2m的有效W/L比率。一个实施例中，N为10,X是36微米宽/12微米长，其中各个电路301的m=0,1,…,或M。当XG403导通，对应的XG408关闭(由此消除了相应的电流设定晶体管410的导电状态)，对应的XG413关闭(由此消除了相应的电流源晶体管410的导电状态)。由串联电阻器441和电容器442构成低通滤波器340，低通滤波器340用导线耦合到Vreg将成为Vg211和每个电流源晶体管410栅极之间的低通滤波器。在一个实施例中，由于电流设置晶体管401具有二进制递进的W/L比率，(1,2,…2M)，电流源晶体管410具有达W/L比率十倍的二进制递进值，(10,20,…10×2M)，以及当二进制计数器327截止各对(401,410)，整个有效W/L比率可以调整为每个为2M级(例如，若M=3，使用四位计数器则提供W/L比率的16级)。
图5是对电路200其他部分的一个实施例的详细说明的电路图。电流设置接收器电路330由NMOS晶体管532和531构成，这里的晶体管531在电流镜结构中将其栅极接到高电平(接到其漏极)。这两个晶体管都做得非常宽，(例如，一个实施例中，达到2000微米宽)，以成为较好的低阻抗传导体。它们将以低于约300到400毫伏的漏源电压工作，但是为提供可靠的运行，在一个实施例中，采用计数器327将该电压(即Vg211)调节为约1.0伏。在一个实施例中，计数器327初始化时被复位，这样将各对电流设置晶体管401打开(以及所有对应的电流源晶体管410)。这就是将有效W/L比率置为其最大值，这样装置的噪声也最大。鉴于平行连线的装置301的有效阻抗为最小，在W/L比率置为其最大值时，Vg211处于其最高电压。Vg211输入比较器325与1伏参考电压511相比较(该1伏参考电压511由将两个100K欧姆电阻器521和522之间的2伏参考值分压而得。双极晶体管523和电阻器524规定了同样由Vcc供电的比较器325的偏置电流。比较器527和反相器526和528以及与门529给出一个初始时间延迟。与门530接收与门529的输出，还包括时钟CLK353以及复位RST354。与门533接收与门530的输出和与门531经倒相后的输出，然后在其CLK输入端驱动计数器。计数器327输出m比特(从0到M)到各个的倒相器534以提供ADAPT<0>2220到ADAPT<M>222M的信号。这些倒相器的每一个依次由提供ADAPTB<0>2240到ADPTB<M>224M信号的各自的倒相器535进行倒相。信号ADPTB<0>2240到ADAPTB<M>224M都输入到与门531，当计数到顶时，断开计数器。由此当Vg211高于参考电压351时(在一个实施例中取1.0伏)，比较器325将使计数器327以二进制递进方式成对地连续降低两个电流设置晶体管401的有效W/L比率以及对应的电流源晶体管410。这将降低W/L以降低电路中器件电压噪声，但会在达到所希望的最小电压Vg211时，停止W/L的降低(一个实施例中，为1.0伏。)在某些实施例中，自适应调整是按每个导通顺序进行的。在某些实施例中，复位信号RST354不时地滞后启动以引起W/L自适应调整再次运行(如，在漂移情况下，Vg有可能过低。)图6是带和不带自适应W/L调整的电路噪声图。曲线601表示带典型非自适应W/L比率的电路200在大约1MHZ和200MHZ之间约0.7×10-9V/Hz的噪声(即为了使Vg电压211处在适当的运行范围内，设为其最大值)。在一个实施例中，这对应一个为0000的计数器值。曲线602表示带自适应W/L比率的电路200在大约1MHZ和200MHZ之间约0.45×10-9V/Hz的噪声(即为了使Vg电压211处在适当的运行范围内，设为其最小值，如1.0伏)。这样，在最坏状况下(在制造变化，温度，及其他参数变动的情况下，设计者对最小W/L作出规定为电流接收器230确保有一个足够的工作电压211)设计的电流镜电路在多种可能高于所需要的环境下，就有一个Vg电压211，由此产生一个高于所需要的噪声水平。自适应电路220将有效W/L比率降低到仍可以在所希望的工作点(如约1.0伏)得到Vg电压211最小值，这样得到一个显著较小的噪声值。在一个实施例中，这对应于一个为1011的计数值。
图7是一个实施例的时钟图。信号701表示时钟CLK353的电压。这个实施例中，给出了4个计数器位信号702表示计数器检验位ADAPT<0>2220的电压，信号703表示计数器位ADAPT<1>2221的电压，信号704表示计数器位ADAPT<2>2222的电压，信号705表示计数器位ADAPT<3>2223的电压(其中M为3)。信号706表示Vg211的电压，该电压起始为2.3伏，降低到约1伏。信号707表示MR磁头98的电压213。这些数值都用于在VCC=5伏，40摄氏度常温的一个实施例中。
有利的是，所述能够为转换器产生低噪声电流系统，电路和方法可以作为磁盘驱动通电序列的部分而被启动(任选其他时间同样可以)用来自动调整转换器偏置电流源的有效宽长比。在某些实施例中，选择性地断开一对或多对平行连接为电流镜电流源的场效应晶体管的宽长比，直到取得电流接收器两端维持在最小所需电压。在某些实施例中，转换器的电流是通过电流接收器电流的数倍，如十倍。
图8是2000计算机系统的框图。有利的是，本发明非常适合于用在2000计算机系统中。2000计算机系统也称为一个电气系统或者一个信息处理系统，包括一个中央处理器，一个存储器和一个系统总线。信息处理系统包括一个中央处理单元2004，一个随机访问存储器2032，一个与中央处理单元2004和随机访问存储器2032相耦合的系统总线2030。信息处理系统2002包括一个内有上述倾斜端头的磁盘驱动器。信息处理系统2002也可以包括一个输入/输出总线2010和多个装置外围装置，如2012,2014,2016,2018,2020和2022都与输入输出总线2010耦合。外围装置可以包括硬盘驱动器，磁光盘驱动器，软盘驱动器，监视器，键盘和其他外围设备。任何类型的磁盘驱动可以采用对上述磁盘表面的滑块进行加载或者卸载。
在某些实施例中，在希望低噪声运行的场合，自适应低噪声电流源200用于驱动其他传感器或转换器。在一个实施例中，电路200驱动一个巨形磁阻(GMR)传感器。这个实施例中，GMR传感器用于检测除了在磁盘驱动器中的磁场。在一个实施例中，自适应低噪声电流源200用于驱动一个光二极管传感器。另一个实施例中，自适应低噪声电流源200用于驱动其他装置。在其他一些实施例中，自适应低噪声电流源200用在低噪声模拟电路中为差动放大器或运算放大器(opamps)提供电流源。
图9是本发明一个实施例的900流程图。在一个电流镜电路中用来降低装置噪声的方法900的方框910包括流过场效应晶体管的多个电流镜像对的电流。方法900的方框920包括选择性地断开一个或多个场效应晶体管对以调整有效宽长比率，降低装置噪声。一个实施例中，晶体管的对数实质上类似与图4的401,410各对。
方法900的实施例中，对场效应晶体管的每个电流镜像对，传递步骤910进一步包括通过电流设置晶体管传递(步骤911)的第一个电流量，I0；以及通过电流源晶体管传递(步骤916)第二个电流量N×I0，其中N×I0由因子N放大为第一个电流量I0的N倍。一个实施例中，电流设置晶体管实质上类似于图4中的电流设置晶体管401.0，电流源晶体管实质上类似于图4中的电流设置晶体管410.0。某些实施例中，步骤913通过914(根据希望怎样细微的步骤数而为任何步骤数)提供选择性地通过电流源晶体管的附加步骤，其中每一步骤通过的电流两倍于紧接其前步骤)。步骤915包括发出或接收控制电流镜的一定量电流，由此可在步骤998提供的电流量为ILOAD。
方法900的一个实施例中，选择性断开步骤920包括连续降低电流设置接收器电路的电压直到电压降低到预先确定的最小值。一个实施例中，预先确定最小值为1伏以上的参考电压。
方法900的一个实施例中，提供的步骤910进一步包括通过第一电流设置晶体管401.0传送第一个电流量I0的步骤911；通过第一个电流源晶体管410.0传送的第二个电流量N×I0的步骤916；流过第二个电流设置晶体管401.1传送第三个电流量2×I0的步骤912，该值实质上是第一个电流量的两倍；通过第二个电流源晶体管410.1传送第四个电流量2×N×I0的步骤917，该值实质上是第二电流量的两倍。
在方法900的一个实施例中，选择性断开步骤920进一步包括选值的步骤922，其中该值用来选择性地断开场效应晶体管的多个电流镜像对的已选对数；将电流接收节点的电压与参考电压对比的步骤921，以及根据比较结果，实现选择步骤922直到电流接收节点的电压Vg211接近参考电压351。
方法900的各种实施例中的上述部分实施例进一步包括步骤930用来自场效应晶体管的多个电流镜像对的电流偏置磁阻感应元件，步骤940从带磁阻感应元件的转动磁盘读取数据，步骤950将所读数据传输给如图8的计算机2000的信息处理系统。
结论上面描述的是一种为磁盘驱动磁头150产生低噪声电流的方法和装置，在一个实施例中，是为磁阻磁头98。
一个实施例提供一个磁盘驱动器系统100，该系统具有旋转磁盘134，具有处于从磁盘134读数据位置的读磁头98的转换器150，和一个电流发生器电路200。电流发生器电路200运行时与读磁头98耦合。电流发生器电路200包括一个场效应晶体管电流镜像电路210和一个自动调整电路220，该电路运行时与电流镜电路210耦合，从而为降低噪声自动校准电路电流镜电路210的场效应晶体管的宽长比率。
一个实施例中，电流镜电路210的场效应晶体管包括场效应晶体管的401，410的多个电流镜像对。这些场效应晶体管的各个401,410对包括一个电流源晶体管410和一个电流设置晶体管401，每个电流源晶体管410的宽长比率比对应电流设置晶体管401的宽长比大N倍。某些实施例中，为了降低能量损耗，N大约取为10。另一些这样的实施例中，N约为5。
另一个实施例中，场效应晶体管电流镜电路210包括场效应晶体管的多个电流镜像对401,410，该场效应晶体管含有场效应晶体管的第一对401.1,410.0以及第二对401.1,410.1。这些第一对和第二对带有一个二进制加权的宽长比率递进数。一个那样的实施例中，场效应晶体管的各对包括一个电流源晶体管410和一个电流设置晶体管401，每个电流源晶体管410的宽长比率比对应电流设置晶体管401的宽长比大N倍。某些实施例中，N约为10。另一些实施例中，N约为5。
某些实施例中，自动校准电路220包括一个计数器327，该计数器运行时与选择性断开所选对401,410耦合，比较器325运行时耦合以把在电流接收节点的电压211与参考电压351进行比较，同时运行时耦合以使计数器327计时直到电流接收节点的电压211足够接近于参考电压351。
系统100的某些实施例中，磁盘134有一个磁性表面，读磁头98包括一个受电流镜电路200提供的电流偏置的磁阻感应元件。
系统100的某些实施例中，自动校准电路220工作以连续降低电流设置接收器电路230两端的电压211直到电压达到预定值。
某些实施例中，系统100进一步包括一个具有数据界面2010的计算机系统2000，该数据界面运行时与转换器150耦合以传输数据进出磁盘134。
本发明的另一个方面提供一个电流发生器电路200以产生低噪声电流。该电路200包括一个场效应电流镜电路210和一个自动校准电路220，该自动校准电路运行时与电流镜电流210耦合使得为降低噪声，自动校准电流镜电路210的场效应晶体管的有效宽长比。
电流发生器电路200的某些实施例中，场效应晶体管电流镜电路210包括场效应晶体管的多个电流镜像对410,410。每个场效应晶体管的这些对401,410都包括一个电流源晶体管410和一个电流设置晶体管401，为降低能量损耗，各个电流源晶体管410的宽长比率比对应电流晶体管的宽长比率大N倍。某些这样的实施例中，N约为10。另一些实施例中N约为5。
电流发生器电路200的某些实施例中，场效应晶体管电流镜电路210包括场效应晶体管的多个电流镜像对401,410，该场效应晶体管含有场效应晶体管的第一对401.1,410.0以及第二对401.1,410.1，这些第一对和第二对带有一个二进制加权宽长比率的递进数。
电流发生器电路200的某些实施例中，场效应晶体管的各对401,410包括一个电流源晶体管410和一个电流设置晶体管401，各个电流源晶体管410的宽长比率比对应电流晶体管的宽长比率大N倍。某些这样的实施例中，N约为10。另一些实施例中N约为5。
电流发生器电路200的某些实施例中，自动校准电路220运行连续降低电流设置接收器电路230两端的电压211直到电压达到预定最大值。
某些实施例中，自动校准电路220包括一个运行时耦合到选择性断开所选场效应晶体管的多个电流镜像对的选定对的选择电路229，一个比较器325，该比较器运行时耦合以对电流接收节点的电压与参考电压351进行比较，并且在运行时耦合以使选择电路229发生变化直到电流接收节点的电压211完全近似于参考电压351。在某些实施例中，选择电路还包括一个计数器327。
在上述电流发生器电路200多种实施例中的一些实施例中，自动校准电路220进一步包括一个选择电路229，运行时与将场效应晶体管的多个电流镜像对的所选对选择性截止相耦合，还有一个比较器325，运行时联接以将电流接收器节点电压211与参考电压351相比较，同时运行时耦合以使选择电路229的产生变化，直到电流接收器节点电压211足以接近参考电压351。某些实施例中，选择电流包括一个计数器。
本发明的另一个方面在电流镜电路中为降低装置噪声提供方法900。该方法包括通过多个场效应晶体管的电流镜象对传送电流的步骤910，和选择性地断开场效应晶体管的一对或多个对，以调整有效长宽比率从而降低装置噪声的步骤920。
在方法900的某些实施例中，对场效应晶体管的每个电流镜像对，传递步骤910进一步包括通过电流设置晶体管传递第一个电流量的911步骤，和通过电流源晶体管传递第二个电流量的916步骤，第二个电流量比第一个电流量大N倍。
该方法的某些实施例中，选择性断开步骤920包括连续性降低电流设置接收器电路的电压直到电压达到预定最小值。
该方法的某些实施例中，提供步骤910进一步包括通过第一个电流设置晶体管传递第一个电流量的911步骤，通过第二个电流源晶体管传递第二个电流量的911步骤，通过第一个电流设置晶体管传递第三个电流量的912步骤，第三个电流量实质上是第一个电流量的两倍，以及通过第二个电流源晶体管传递第四个电流量的917步骤，第四个电流量实质上是第二个电流量的两倍。
本方法的某些实施例中，选择性断开步骤920进一步包括选值步骤922，其中该值用以选择性地断开场效应晶体管的多个电流镜像对的选定对，以及将电流接收节点的电压与参考电压相比较的步骤921，根据比较结果，实现选择步骤922直到电流接收节点的电压完全接近参考电压。
本方法的某些实施例中，对场效应晶体管的每个电流镜像对，传递步骤910还进一步包括提供一个具有第一宽长比的电流设置晶体管401，还提供一个具有第二电流宽长比的电流源晶体管410，第二电流宽长比是第一电流宽长比的N倍，在某些实施例中，为了降低能耗，N约为10。
上述方法的某些实施例中，传递步骤910进一步包括以下步骤提供场效应晶体管的第一对401.1,410.0，提供场效应晶体管的第二对401.1,410.0，场效应晶体管第二对的宽长比率实质上是对应的场效应晶体管第一对的宽长比的两倍。
上述方法的某些实施例中，选择性断开步骤920进一步包括选值的步骤922，其中该值用于选择性地断开场效应晶体管的多个电流镜象对的所选对，以及将电流接收节点的电压与参考电压进行比较的步骤921，根据比较结果，进行选择步骤922直到电流接收节点的电压完全接近于参考电压。
上述的方法900的各种实施例的某些实施例中，包括以下步骤用来自场效应晶体管的多个电流镜像对的电流偏置磁阻感应元件的步骤930，从带磁阻感应元件的转动磁盘上读数的步骤940，以及将读数传输给信息处理系统的步骤950。
在各种实施例中，方法900的步骤按所描述和给出的顺序实施。在其他实施例中，也用别的顺序。
本发明的另一个方面是提供一个包括转动磁盘134的磁盘驱动系统100，具有一个读磁头98处于从磁盘134读数位置的转换器150，和一个为降低噪声而自动调整宽长比的电流发生器装置。
应该认识到，上面的描述旨在说明性，而不是限制性的。虽然本发明的各种实施例的多种特征和优点在前面的说明中结合各种实施例的功能和结构的细节已经提到，但是许多其他实施例和变化细节在有关上述说明的技术领域中也是很明显的。所以，本发明的范围应该参考附属权项，同等效于那些已授权的范围一道来确定。
权利要求
1．一个磁盘驱动系统，其特征是，包括一个转动盘；一个具有读磁头位于从磁盘读取数据位置的转换器；一个操作上与读磁头耦合的电流发生器电路；该电路包括一个场效应晶体管电流镜电路；以及一个自动调整电路，它在操作上与电流镜电路耦合，为降低噪声，可以自动调整电流镜电路的场效应晶体管的有效宽长比。
2．根据权利要求1所述的系统，其特征是，场效应晶体管电流镜电路包括场效应晶体管的多个电流镜像对，其中场效应晶体管的各对包括一个电流源晶体管和一个电流设置晶体管，各个电流源晶体管的宽长比是对应电流设置晶体管宽长比的N倍。
3．根据权利要求2所述的系统，其特征是，N约为10。
4．根据权利要求1所述的系统，其特征是，场效应晶体管电流镜电路包括场效应晶体管的多个电流镜像对，该场效应晶体管含有场效应晶体管的第一对和第二对，其中第一对和第二对实质上按照二进制加权宽长比递进方式。
5．根据权利要求4所述的系统，其特征是，场效应晶体管的各对包括一个电流源晶体管和一个电流设置晶体管，每个电流源晶体管的宽长比是对应电流设置晶体管的宽长比的N倍。
6．根据权利要求1所述的系统，其特征是，自动调整电路工作以连续降低电流设置接收器电路的电压直到该电压达到预定最小值。
7．根据权利要求4所述的系统，其特征是，自动调整电路进一步包括一个在操作上耦合到场效应晶体管的多个电流镜像对的选择性断开所选对的选择性断开计数器；以及一个在操作上耦合将电流接收节点的电压和参考电压比较的比较器，在操作上耦合实现计数器计数直到电流接收节点的电压完全接近参考电压。
8．根据权利要求1的系统，其特征是，磁盘有一个磁性表面；以及读磁头包括一个受电流镜电路提供的电流偏置的磁阻感应元件。
9．根据权利要求1所述的系统，其特征是，进一步包括一个计算机系统，该系统的数据接口在操作上与转换器耦合，以将数据传输进出磁盘。
10．一个产生低噪声电流的电流发生器电路，其特征是，电路包括一个场效应晶体管电流镜电路；以及一个在操作上与电流镜电路耦合的自动调整电路，该自动调整电路为降低噪声，自动调整电流镜电路的场效应晶体管的有效宽长比。
11．根据权利要求10的电路，其特征是，场效应晶体管电流镜电路包括场效应晶体管的多个电流镜像对，其中场效应晶体管的每一对包括一个电流源晶体管和一个电流设置晶体管，每个电流源晶体管的宽长比是对应电流设置晶体管的宽长比的N倍。
12．根据权利要求11的电路，其特征是，自动调整电路运行以连续降低电流设置接收器电路两端的电压直到该电压达到预定最小值。
13．根据权利要求10所述的电路，其特征是，场效应晶体管电流镜电路包括含第一对和第二对场效应晶体管的多个电流镜像对，其中第一对和第二对基本上按照二进制加权宽长比递进方式。
14．根据权利要求10的电路，其特征是，自动调整电路包括一个选择电路，在操作上耦合以选择性断开场效应晶体管的多个电流镜像对的所选对；以及一个比较器，在操作上耦合以将电流接收器节点的电压与参考电压相比较，同时在操作上耦合以在电流接收节点的电压完全接近参考电压之前实现选择电路变化。
15．一种降低电流镜电路中装置噪声的方法，其特征是，包括步骤(a)通过场效应晶体管的多个电流镜像对传递电流；以及(b)选择性地断开场效应晶体管的一对或多对以调整有效宽长比从而降低装置噪声。
16．根据权利要求15的方法，其特征是，对场效应晶体管的各个电流镜像对，传递步骤(a)进一步包括以下步骤(a)(ⅰ)通过一个电流设置晶体管传递第一个电流量；以及(a)(ⅱ)通过一个电流源晶体管传递比第一个电流量大N倍的第二个电流量。
17．根据权利要求16的方法，其中选择性断开步骤(b)包括连续性降低电流设置接收器电路两端的电压直到该电压达到预定最小值。
18．根据权利要求16的方法，其特征是，提供步骤(a)进一步包括以下步骤(a)(ⅲ)通过第一个电流设置晶体管传递第一电流量；(a)(ⅳ)通过第一个电流源晶体管传递第二电流量；(a)(ⅴ)通过第二个电流设置晶体管传递实质上是第一电流量两倍的第三电流量；以及(a)(ⅵ)通过第二个电流源晶体管传递实质上是第二电流量两倍的第四电流量。
19．根据权利要求15的方法，其特征是，选择性断开步骤(b)进一步包括以下步骤(b)(ⅰ)挑选一个值，其中该值用来选择性地断开场效应晶体管的多个电流镜像对的选定对；以及(b)(ⅱ)将电流接收节点的电压与参考电压比较，根据该比较，实现选择步骤(b)(ⅰ)直到电流接收节点的电压完全接近于参考电压。
20．一个磁盘驱动器系统，其特征是，包括一个转动磁盘；一个具有读磁头位于从磁盘上读取数据位置的转换器；以及一个为降低噪声，自动调整宽长比的电流发生器。
全文摘要
一为磁盘驱动磁头产生低噪声电流的方法和装置,其中一个实施例是为磁阻磁头(98)产生低噪声电流的方法和装置。一个实施例中一个自动调整电路(220)选择性地使电流镜像晶体管(301.m,310.m)进行截止,以得到场效应晶体管电流镜(210)的最低有效长宽比比率,旨在降低装置噪声。在一个实施例中,所述电流为磁盘驱动器中的磁阻磁头提供了一个恒定电流。
文档编号G11B5/09GK1301380SQ99806427
公开日2001年6月27日 申请日期1999年5月21日 优先权日1998年5月22日
发明者D·N·斯罗德金斯基 申请人:西加特技术有限责任公司