专利名称：自动测量电阻的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使偏置电流流过电阻和在电阻两端产生偏置电压来测量电阻值的装置。
最常用的测量方法是基于欧姆定律的应用，按照欧姆定律电阻值等于施加到这个电阻两端的电压值和流过这个电阻的电流值的商。因此，只要测量偏置电流和电压，就可以直接得到电阻的数值。虽然这种方法可以实现比较容易地测量一个分离元件的电阻值，但这种方法不太适合测量集成在一个单元上的一个元件的电阻值，而在单元中的元件则是根本不能从该单元的外部访问的。情况是这样的，例如，被集成在用于读出磁信息的读取头上的磁阻棒的静态电阻的测量，在这种测量期间，显而易见与磁阻棒并联连接一个电压表和与所述磁阻棒串联连接一个电流表是不可能的。另外，如果这样使用，则测量结果，即电阻值将按电信号的形式表示，而在许多情况下电阻值是采用数字形式表示的。
本发明的一个目的是通过提供用于测量电阻值的装置来满足这些要求，其中测量在装置内自动进行，而无须任何外部的介入，所述测量的结果直接是数字形式的。
为此，按照本发明，在开头一段所限定类型的磁信息读出装置的特征在于包括-具有用于分别接收偏压和参考电压的第一和第二输入端和具有一个输出端的电压比较器，-具有连接到该比较器的输出端的选通输入端和具有形成该装置输出端的数字输出端的上计数/下计数装置，和-电流源，用于馈送其值代表由所述电流源在控制输入端接收的数字值的偏流，所述控制输入端被连接到上计数/下计数装置的数字输出端。
这种测量装置的操作是基于这样一个事实，即它的输出信号确定了该电阻的偏流的值。因此，这个电流是逐渐变化的，直至在该偏流的作用下由电阻产生的电压等于参考电压的电压。然后，上计数/下计数装置被停止和其输出馈送代表该电阻值的一个数字值。
本发明的一种变形提供一个测量电阻值的装置，该装置施加一个偏压和用于产生一个偏流，该装置的特征在于它包括-具有用于分别接收代表偏流电流和参考信号的第一和第二输入端和具有一个输出端的电流比较器，-具有连接到该比较器的输出端的选通输入端和具有形成该装置输出端的数字输出的上计数/下计数装置，和-用于馈送其值代表由电压源在控制输入端接收的数字值的偏压的电压源，所述控制输入端被连接到上计数/下计数装置的数字输出端。
在本发明的这个变形中，电阻被该偏压偏置，和在这个偏压的作用下产生一个偏流，这个偏流的目的是为了与参考信号进行比较。该装置的输出信号确定偏压的值。因此，这个电压逐渐地变化，直至该偏流的值等于参考信号的值。然后，上计数/下计数装置被停止和它输出馈送一个代表电阻值的数字值。
本发明的另外一个变形提供一种通过在电阻上流过一个偏流和在该电阻两端产生一个偏压进行测量电阻值的装置，通过一个用于控制该电阻消耗的功率的模块可同时控制该偏流和偏压的值，该装置的特征在于包括-用于接收第一电流、代表偏流的第二电流、和代表偏压的第三电流的电流乘法器，该乘法器用于产生具有其值正比于第三电流与第二电流的商被第一电流相乘的第四电流，-具有分别用于接收第四电流和参考电流的第一输入端和第二输入端，和具有一个输出端的电流比较器，-具有连接到比较器输出端的选通输入端，和具有形成该装置的输出的数字输出端的上计数/下计数装置，和-用于馈送代表由所述电流源在一个控制输入端接收的数字值的第一电流的电流源，该控制输入端被耦合到上计数/下计数装置的数字输出端。
在本发明的这个另外一种变形中，通过控制模块确定偏压和偏流值并且不被该测量装置单独影响。只有这两个值之间的比值是有用的，因为它始终保持为常数。因此，电流乘法器的作用是产生一个代表这个比值的信号，该信号是由第四电流形成的并取决于其值由该装置的输出确定的第一电流。第一电流以及第四电流逐渐地改变，直至所述第四电流的值变为等于参考信号的值。然后，上计数/下计数装置被停止和其输出馈送一个代表该电阻值的数字值。上述测量装置有利于在用于读出磁信息的装置中使用，该装置至少具有一个读出头，该读出头包括至少一个用于产生代表由该读出头读出的信息的数据脉冲的磁阻棒。
这种读出装置通常用于读出存储在计算机硬盘中的信息。这些盘一般具有一种被读出头扫描的磁阻的表面。旋转运动传递给盘，同时该读出头被连接到一个向读出头传递径向运动的臂上。盘的表面被分为多个子表面，在子表面中存在一个局部的磁场，该磁场的符号代表二进制信息的内容。
用户读出装置的操作基于这样一个事实，即当一个磁阻棒暴露在一个磁场中时其阻值改变。
在大多数现有的磁信息读出装置中，在电阻的变化产生一个电压脉冲的情况下，借助一个预定值直流偏流偏置磁阻棒，该电流流过所述磁性阻棒，或者在电阻的变化产生一个电流脉冲的情况下，借助于施加在所述棒两端的预定值的直流电压偏置磁阻棒。
在上述两种情况下，随着预定值的升高，产生的被称为数据脉冲的脉冲幅度将升高。因此，似乎尽可能高地选择该预定值更有利，以便获得尽可能高的信噪比。但是，该预定值还支配磁阻棒所消耗的功率。因此，太高的预定值由于过度的持续消耗引起的焦耳(Joule)效应可能导致磁阻棒的过早报废。再有，从这种选择导致的高数据脉冲幅度可能使呈现的功率脉冲太高不能被磁阻棒无损害地耗散并能导致磁阻棒的破坏。因此，该预定值的选择将是一种折衷，即在一方面优化数据脉冲的信噪比而另一方面减小磁阻棒的损坏和击穿，即减小所述棒的功耗。
在目前使用选择该预定值的现有技术方法的状态下，当这个磁阻棒未遇到任何磁信息时，利用磁阻棒电阻假设的值。当然，在一方面，称为静态电阻的这个值基本上用于计算该数据脉冲将具有的幅度，另一方面计算在磁阻棒上的功耗。因此，为了确定最佳的折衷，根据上面说明的原理静态电阻的值被认为是必不可少的。
但是，静态电阻的值构成对其它目的有用的信息，而不仅仅是磁阻棒的偏置。例如，静态电阻代表了磁阻棒的损坏情况。因此，通过在整个读出装置的寿命期间按规定的时间周期比较连续测量的结果所检测的磁阻棒的电阻值的明显降低，表明所述磁阻棒的性能恶化。这个信息可以用作一种警告通过预防措施，存储在表面的数据将被设置有磁阻棒的读出头进行扫描，被转移到盘的另外的区域或另外的盘上，然后禁止存取原来的区域。
本发明还涉及一种用于读出磁信息的装置，该装置具有至少一个读取头，该读取头包括至少一个用于产生代表由该头读出的信息的数据脉冲的磁阻棒，其特征在于，还包括用于测量如上所述的磁阻棒的电阻的数字值的装置。
借助于下面参照各附图以非限制性例子给出的描述，全面地理解本发明，其中
图1是代表根据本发明的测量装置的部分功能图；图2是代表根据本发明的一种变形的测量装置的部分功能图；图3是代表根据本发明的另一种变形的测量装置的部分功能图；图4是代表该测量装置中包括的一个电流乘法器的电路图。
图1是代表用于测量电阻MR值的装置的功能图，该装置是通过流过电阻一个偏流Imr和在电阻两端产生一个偏压Vmr进行测量的。这个装置包括-电压比较器CMP，具有安排为分别接收偏压Vmr和预定值的参考电压Vref的第一和第二输入端，和具有一个输出端；-上计数/下计数装置UPCNT，具有连接到比较器CMP输出端的选通输入端EN，和具有N比特编码的数字输出，所述数字输出形成该装置的输出；和-一个电流源，适于馈送其值代表由所述电流源在控制输入端接收的数字值OUT(0N-1)的偏流Imr，该控制输入端被耦合到上计数/下计数装置UPCNT的数字输出端。
在参照图1描述的例子中，上计数/下计数装置UPCNT是由一个上计数器构成的。但是，它们也可能类似地由适于从一个预置的计数值开始递减的下计数器构成，在这种情况下，比较器的各输入端互换。馈送偏流Imr的电流源可以用本专业技术人员公知的多种方案实施。另外，电阻MR可以由用于读出磁信息的读取头的磁阻棒构成，希望知道该棒的静态电阻。这个装置是按如下方式工作的当供电时，电流源馈送其值比较小的偏流Imr，计数器UPCNT的输出信号OUT(0N-1)被初始化为0。由电阻MR产生的偏压值则小于参考值Vref。比较器CMP的输出处于对应于“逻辑0”的低电平状态。因此使计数器UPCNT开始计数。计数器UPCNT的输出信号OUT(0N-1)的数字值连续输出该装置的输出信号，然后逐渐地增加。可以表示为Imr＝I0.VAL的偏流Imr，其中VAL＝(OUT0+2.OUT1+4.OUT2+…2i.OUTi+…+2N-i.OUTN-i)和I0是已知的恒定电流，Imr也在递增直至偏压Vmr的值变得等于参考电压。然后比较器CMP的输出变成高电平状态，从而中断计数器UPCNT，该计数器存储输出信号OUT(0N-1)最后的值。然后输出信号可以被写为Rmr.Imr＝Vref，其中Rmr是待测量的电阻值，或另外一种情况下，Rmr＝Vref/(I0.VAL)。因此，该装置的输出信号自动地提供数字信号OUT(0N-1)，该信号的值VAL代表待测电阻Rmr的值。
图2表示用于测量到受一个偏压Vmr并产生一个偏流Imr的电阻MR的值的装置。这个装置包括-比较器(Mk、R0、CMP)，该比较器具有分别用于接收偏流Imr和参考信号的第一和第二输入端，和具有一个输出端；-上计数/下计数装置UPCNT，具有连接到比较器(Mk、R0、CMP)的输出端的选通输入端，具有形成该装置的输出的N比特编码的数字输出；和-适于馈送偏压Vmr的电压源，该偏压值代表由所述电压源在其控制输入端接收的数字值OUT(0N-1)，该控制输入端被连接到上计数/下计数装置UPCNT的数字输出。
在参照图2所描述的例子中，上计数/下计数装置UPCNT是由上计数器构成的。但是该计数器同样适合于由从预置计数值递减的下计数器构成，在这样一种情况下，比较器(Mk、R0、CMP)的各输入端被交换位置。另外，电阻MR可以由用于读出磁信息的读取头的磁阻棒形成，希望知道该棒的静态电阻。比较器(Mk、R0、CMP)包括具有系数k和用于在馈送到电压比较器CMP前再生偏流Imr的倍增电流镜象电路MK，电压比较器CMP在一个输入端接收参考电压Vref和在另一输入端接收一个电压，该电压是由偏流kImr的象和一个已知预定值的电阻R0的积产生的。因此，这个比较器具有其值为Imrth＝Vref/(k.R0)的转换阈值。提供偏压Vmr的电压源也可以利用本专业技术人员公知的多种方法实现。这个装置按如下方式操作当供电时，电压源馈送其值比较低的偏压Vmr，计数器UPCNT的输出信号OUT(0N-1)被初始化为0。由电阻MR产生的偏流Imr值小于转换阈值Imrth。比较器CMP的输出处于对应于“逻辑0”的低电平状态。因此使计数器UPCNT进行计数。构成该装置的输出信号的计数器UPCNT的输出信号OUT(0N-1)的数字值逐渐增加。还增加可以表示为Vmr＝V0.VAL的偏压Vmr，其中VAL＝(OUT0+2.OUT1+4.OUT2+…2i.OUTi+…+2N-i.OUTN-i)和V0是一个常数，直至偏流Imr的值已经等于比较器(Mk、R0、CMP)的转换阈值Imrth的值。然后比较器(Mk、R0、CMP)的输出变成高电平状态，从而停止计数器UPCNT，该计数器存储输出信号OUT(0N-1)的最后值。然后可能写为Imr＝Vmr/Rmr＝Vref/(k.R0)，其中Rmr是待测量的电阻值，或另外一种情况下，Rmr＝VAL.(k.R0.V0)/Vref。该装置的输出信号自动地提供数字信号OUT(0N-1)，其值VAL代表待测量的电阻Rmr的值。
图3表示用于测量流过偏流Imr和在其两端产生偏压Vmr的电阻MR的值的装置，偏流Imr和偏压Vmr的值由控制电阻MR消耗的功率的模块REG装置同时控制。这个装置包括-用于接收第一电流I1、代表偏流Imr的第二电流I2和代表偏压Vmr的第三电流I3的电流乘法器MULT，该乘法器MULT用来产生具有其值正比于第三电流I3和第二电流I2的值的商被第一电流I1的值相乘的第四电流I4；-比较器(R0、CMP1)，具有分别安排接收第四电流I4和一个参考信号的第一输入端和第二输入端，和具有一个输出端；-上计数/下计数装置UPCNT，具有连接到比较器(R0、CMP1)的输出端的选通输入端EN，和具有形成该装置的输出的数字输出；和-电流源，用于馈送其值代表由所述电流源在控制输入端接收的数字值OUT(0N-1)的第一电流I1，该控制输入端连接到上计数/下计数装置UPCNT的数字输出端。
在参照图3描述的例子中，上计数/下计数装置UPCNT是由上计数器构成的。但是，该计数器同样也可以由从一个预置计数值开始递减的下计数器构成，在这种情况下，比较器(R0、CMP1)的各输入端被交换。另外，电阻MR可以由读出磁信息的读取头的磁阻棒形成，希望知道该棒的静态电阻。比较器(R0、CMP1)包括第一电压比较器CMP1。该电压比较器的一个输入端接收参考电压Vref和在另一个输入端接收由第四电流I4与一个预定值R0的已知电阻的积产生的电压。因此，这个电流比较器具有其值为I4th＝Vref/R0的转换阈值。馈送偏流Imr的电流源可以利用本专业技术人员公知的多种方式实施。
在参照图3描述的本发明的变形中，偏压Vmr和偏流Vmr是由设置点信号Preg的值确定的，该信号限定了由电阻MR所消耗的功率并且该信号是从控制模块REG外部获得的。因此，偏压Vmr和偏流Imr不受测量装置个别地干扰。只有这两个值Vmr/Imr之间的比是有用的，因为该比保持恒定。电流乘法器MULT的功能是产生一个代表该比值的信号，该信号是由第四电流I4形成的并取决于第一电流I1，该信号的值是由该装置的输出确定的。第二电流I2是偏流Imr的再生和是经由被系数k相乘的电流镜象电路Mk获得的，产生I2＝k.Imr。第三电流I3正比于偏压Vmr，I3＝k′.Vmr/R0，常数k′的值取决于第二比较器CMP2和晶体管T0的增益系数，增益系数被用于按照本专业技术人员所公知的技术产生第三电流I3。第四电流I4的值正比于第三电流I3和第二电流I2的商乘以第一电流I1的值，这可以写为I4＝k″.I1.I3/I2。在上述表达式中替换第二和第三电流I2和I3的值，产生I4＝k′k″.(I1/Vmr)/(k.R0.Imr)。按照欧姆定律，Rmr＝Vmr/Imr，使得I4＝k′k″.(I1/Rmr)/(k.R0)或者I4＝K.I1.Rmr/R0。其中K是综合了常数kk′和k″的一个相乘常数。
这个装置是按如下进行操作的当加电时，电流源馈送其值比较小的第一电流Imr，计数器UPCNT的输出信号OUT(0N-1)被初始设置为0。由电流乘法器MULT产生的第四电流I4的值小于转换阈值I4th。而后，第一比较器CMP1的输出处于对应于“逻辑0”的低电平状态，因此使计数器UPCNT进行计数。构成该装置的输出信号的计数器UPCNT的输出信号OUT(0N-1)数字值逐渐递增。可以表达为I1＝I0.VAL的第一电流的值可递增直至第四电流I4的值变为等于比较器(R0、CMP1)的转换阈值I4th，其中VAL＝(OUT0+2.OUT1+4.OUT2+…2i.OUTi+…+2N-i.OUTN-i)和I0是已知的常数。然后，第一电压比较器CMP1的输出变成高电平状态。因此中断计数器UPCNT的计数，并存储输出信号OUT(0N-1)的最后值。因此，可能写为I4＝K.I1.Rmr/R0＝Vref/R0，其中Rmr是待测量的电阻值，或另外一种情况下，Rmr＝Vref/(K.I1)，或者Rmr＝Vref/(K.I0.VAL)。因此，该装置的输出信号自动提供其值VAL代表待测量的Rmr值的数字信号OUT(0N-1)。
图4是表示电流乘法器MULT的变形的电路图。显然，还有各种本专业技术人员所熟悉的变形。在本变形中，该乘法器MULT包括-第一和第四PNP型晶体管T1和T4，具有安排为分别允许第一和第四电流I1和I4通过的集电极，和具有其连接到正电源端VCC的发射极；-第二和第三NPN型晶体管T2和T3，它们的基极连接在一起，它们的集电极连接到正电源端VCC，发射极分别连接到第一和第二晶体管T1和T4的基极，该各发射极被安排为分别允许第二和第三电流I2和I3通过。
乘法器MULT的操作基于下面的等式一方面，∑Vbei＝0，其中Vbei是晶体管Ti的基极-发射极的电压，和另一方面，Vbei＝VTln(Ici/Ios)，其中VT等于波尔滋曼常数和绝对温度之积，通过这种方式，区分此基本的电荷，Ici是晶体管Ti的集电极电流和Ios是其值直接相关于晶体管Ti的面积的恒定电流，因为构成乘法器MULT的各晶体管具有基本相等的大小和第二和第三电流I2和I3分别等于k.Imr和k′.Vmr/R0。专家可以容易地表示第四电流I4为I4＝K1′.(I1.Vmr)/(R0.Imr)，或者I4＝K1.I1.Rmr/R0，因为Vmr＝Rmr.Imr，K1综合了常数k和k′。
权利要求
1.一种用于利用通过电阻的偏流和在电阻两端产生的偏压测量电阻值的装置，该装置的特征在于包括-具有用于分别接收偏压和参考电压的第一和第二输入端和具有输出端的电压比较器；-具有连接到该比较器的输出端的选通输入端和具有形成该装置的输出的数字输出端的上计数/下计数装置；和-电流源，用于馈送其值代表由所述电流源在控制输入端接收的数字值的偏流，所述控制输入端被连接到上计数/下计数装置的输出端。
2.一种用于给电阻施加一个偏压和从而产生一个偏流来测量电阻值的装置，该装置的特征在于包括-具有用于分别接收代表偏流和参考信号的第一和第二输入端和具有输出端的电流比较器；-具有连接到比较器的输出端的选通输入端和具有形成该装置输出端的数字输出端的上计数/下计数装置；和-用于馈送其值代表由电压源在控制输入端接收的数字值的偏压的电压源，所述控制输入端被连接到上计数/下计数装置的数字输出端。
3.一种通过在电阻上流过偏流和在电阻两端产生偏压来测量电阻值的装置，该偏流和偏压同时受控于用于控制由该电阻消耗的功率的模块，该装置的特征在于包括-用于接收第一电流、代表偏流的第二电流、和代表偏压的第三电流的电流乘法器，该乘法器用于产生具有其值正比于第三电流和第二电流的商被第一电流相乘的第四电流；-具有分别用于接收第四电流和一个参考信号的第一输入端和第二输入端和具有一个输出端的电流比较器；-具有连接到该比较器的输出端的选通输入端和具有形成该装置的输出的数字输出端的上计数/下计数装置；和-用于馈送其值代表由所述电流源在控制输入端接收的一个数字值的第一电流的电流源，该控制输入端被连接到上计数/下计数装置的数字输出端。
4.一种用于读出磁信息的装置，该装置具有至少一个读出头，该读出头包括至少一个产生代表由该头读出的信息的数据脉冲的磁性棒，其特征在于该装置还包括一个按照权利要求1到3中的任何一个所要求的用于测量磁阻棒的电阻的数字值的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于通过流过电阻上的偏流Imr和出现在电阻两端的偏压Vmr来测量电阻MR的装置。按照本发明,该装置包括:电压比较器CMP、上计数/下计数装置UPCNT和馈送其值代表由所述电流源在连接到上计数/下计数装置UPCNT的控制输入端接收的数字值OUT(0:N－1)的偏流Imr的电流源。本发明能够自动地测量电阻的数字值。本发明可用于包含在用于读取磁信息的读取头中的磁阻棒的静态电阻的测量。
文档编号G01R27/14GK1242522SQ99111480
公开日2000年1月26日 申请日期1999年7月14日 优先权日1998年7月17日
发明者J·N·V·L·拉马尔霍, G·W·德永, J·A·M·拉梅克斯, E·皮雷尔茨 申请人:皇家菲利浦电子有限公司