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Die vorliegende Erfindung betrifft
Schaltungen und insbesondere integrierte Schaltungen zur Ausführung von
Schnittstellen zu magnetoresistiven Leseelementen.
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Magnetoresistive Köpfe
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Magnetoresistivität ist ein Festkörperphänomen, bei
dem der Widerstand eines Elements durch ein umgebendes magnetisches
Feld beeinflußt
ist. Dieses physikalische Phänomen
wurde für
einige Jahren als ein Weg diskutiert, die Daten zu lesen, die in
magnetischen Mustern in Band- und Plattenlaufwerken gespeichert
sind. Plattenlaufwerkhersteller haben jetzt die Herstellungstechnologie
entwickelt, magnetoresistive Laufwerke in großen Stückzahlen herzustellen.
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In einem Plattenlaufwerk war der
Kopf herkömmlich
eine Spule (oder in jüngerer
Zeit ein Dünnfilmkopf,
der gleichwertig zu einer Spule ist), die in eine Form von Kopf
eingebaut war, der über
die Oberseite der Platte glitt und positioniert wurde, um ein Magnetfeld
in einem kleinen Bereich der Plattenoberfläche zu erzeugen. Durch die
Steuerung der Größe des zur
Spule fließenden
Stroms und dessen Umschaltung von einer Richtung zur anderen Richtung wurden
im ferromagnetischen Medium auf der Plattenoberfläche eine
Reihe von magnetischen Dipolen erzeugt. Die genau gleiche Spule
wurde auch im Auslesemodus verwendet, um Änderungen im magnetischen Feldvektor
des magnetischen Mediums zu detektieren.
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Normalerweise ist eine „1" auf der Platte durch
einen Übergang
im Magnetfeld gekennzeichnet. Kein Übergang würde eine Null bedeuten. (Diese Übergänge sind
in einer hier nicht relevanten Weise synchronisiert.) Im Auslesemodus
wird die Spule ein BEMF-Generator und eine Änderung im magnetischen Fluß (durch
das Überschreiten
einer Bereichsgrenze im Medium) induziert in den Spulen eine Spannung,
die erfaßt
und verstärkt
wird, um die Änderungen
in der magnetischen Struktur des Mediums zu detektieren. Diese gemessene
Spannung liefert daher eine Ausgabe der im magnetischen Medium gespeicherten
Information, ohne diese zu beeinflussen.
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Ein Plattenlaufwerk umfaßt normalerweise mehrere
Kopfelemente von denen jedes auf einem zugehörigen Arm montiert ist. Die
Arme bewegen sich über
die Platte und folgen verschiedenen Ringen magnetischer Daten. Wären die
magnetischen Bereichsgrenzen im magnetischen Medium auf der Platte
sichtbar, würde
man dort, wo der Schreibkopf dessen magnetisches Feld geändert und
einen neuen Flußbereich
ausgeprägt
hat, Ketten überlappender
Kreise sehen, fast wie überlappende
Ausstanzungen. Die geschriebenen Bereiche sind ausreichend dicht
angeordnet, um sich zu überlappen
(und daher sind sehr wenige von ihnen kreisförmig), jedoch ist in jedem
genügend
verbleibende Fläche,
um die geschriebenen Daten zu erhalten.
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Falls mit derselben Spule ausgelesen
wird, muß sichergestellt
werden, daß zwischen
den Datenspuren Platz vorhanden ist, so daß der magnetische Fluß der benachbarten
Spur sich nicht mit den Spulenauslesungen überlagern kann. Diese Forderung nach
einer Trennung zwischen den Spuren begrenzt deren Dichte, so daß die Dichte
tatsächlich
eine letzte Begrenzung hat, die durch die Abmessungen des Dünnfilmkopfes
festgelegt wird.
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Könnten
wir jedoch irgendwie einen schmaleren Streifen als den geschriebenen
Streifen lesen, wären Überlagerungen
zwischen Zeichen benachbarter Spuren vermeidbar. Der begrenzende
Faktor in herkömmlichen
Systemen ist daher nicht das Schreiben, sondern die Tatsache, daß herkömmliche Systeme
mit demselben induktiven Element auslesen müssen. Könnten wir mit einem schmaleren
Sensor auslesen (das heißt,
der an einen schmaleren Bereich des magnetischen Mediums der Platte
koppelt), wäre
der Spur-zu-Spur-Abstand verringerbar. Selbst bei der Verwendung
desselben induktiven Elements zum Schreiben und dem Schreiben mit
derselben Datenfrequenz, können
benachbarte Spuren dichter zusammen geschrieben werden, so daß die kreisförmigen magnetischen
Bereiche benachbarter Spuren tatsächlich überlappen.
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Der magnetoresistive („MR") Kopf weist einen
sehr schmalen Streifen auf. (Tatsächlich werden MR-Köpfe mit
der Herstellungstechnologie integrierter Schaltungen hergestellt.)
Daher bieten MR-Köpfe einen
Weg, magnetische Daten, die sehr dicht angeordnet sind (mit sehr
geringen Spur-zu-Spur-Abständen)
ohne Zwischensymbol-Überlagerungen
zu lesen. Würden
wir dagegen versuchen dieses Muster mit einem Dünnfilmkopf auszulesen, würden wir
eine enorme Menge an Zwischensymbol-Überlagerungen und keine zuverlässige Auslesung
erhalten. (Ein Beispiel eines modernen MR-Kopf-Designs ist in Saito
et al. dargestellt, „Development
of a magnetoresistive/inductive head and low noise amplifier IC
for high density rigid disk drives", E76-A IEICE TRANSACTIONS ON FUNDAMENTALS
OF ELECTRONICS, COMMUNICATIONS AND COMPUTER SCIENCES 1167-9 (1993).
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Das MR-Abtastelement ist grundsätzlich ein Streifen
im Kopf, der einen veränderlichen
Widerstand aufweist, der durch das umgebende Magnetfeld beeinflußt wird.
Um diesen veränderlichen
Widerstand zu erfassen, ist er mit einem konstanten Strom vorgespannt: Änderungen
im Widerstand erscheinen dann als Spannungsänderungen. Da das MR-Sensorelement
ein physisch schmaler Streifen ist, kann es sich genau entlang der
Mitte der Spur bewegen und die meisten Zwischensymbol-Überlagerungen
aus den Überlappungen
an den Kanten der Spuren vermeiden. Außerdem hängt die Auslesung des MR-Kopfes
nicht von den Übergängen ab
(wie bei den Spulen), sondern ist einfach eine Funktion der Größe des Magnetfeldes.
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Vorspannen und Schnittstelle
zum MR-Kopf
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Daher verspricht die Technologie
magnetoresistiver Köpfe
eine neue Generation in der Plattenlaufwerkdichte bereitzustellen.
Die Schnittstellenanschlüsse
an einen MR-Kopf sind jedoch wesentlich verschieden von denen konventioneller
Leseköpfe. Der
Vorspannungsstrom durch das magnetoresistive Element muß so eingestellt
werden, daß der
Arbeitspunkt der Leseelemente optimiert wird.
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Bandlaufwerke des Stands der Technik
setzen zur Ausnutzung des Vorteils einer von der Geschwindigkeit
unabhängigen
Amplitude und der höheren
Bitdichte ebenfalls MR-Köpfe
ein. In solchen Systemen kann auch die Leistungsaufnahme von großer Bedeutung
sein, da der Vorverstärker
eventuell das gleichzeitige Lesen von mehreren MR-Elementen unterstützen muß.
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Hintergrundinformationen über MR-Köpf- und
Vorverstärkertechnologie
findet man beispielsweise in Rohen, „Wave-shaping circuit for
a magnetoresistive read head",
21 IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN 984-5 (Aug. 1978); Jones, „Magnetoresistive
amplifier", 20 IBM
TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN 4114- 15 (März 1978); van Gestel et al., „Read-out
of a maghnetic tage by the magnetoresistance effect", 37 PHILIPS TECH.
REV. 42–50
(1977, Nr. 2–3);
Robinson et al., „A
0.8 nV/square root Hz CMOS preamplifier for magneto-resistive read
elements", 1994
ISSCC 252-3.
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Gleichspannungspotential
vom Kopf zur Platte
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Magnetoresistive Köpfe haben
jedoch ein Problem, daß bei
konventionellen induktiven Köpfen nicht
auftritt: man bedenke die Auswirkungen der Nähe des Kopfes zur Platte. Im
Fall des induktiven Elements konnte das induktive Element isoliert
werden. Es mußte
nicht so dicht an der äußeren Oberfläche des
Kopfes sitzen und elektrisch kam es nie mit dem Kopf in Verbindung.
(Üblicherweise
wird irgendeine Form eines nicht-leitenden ferromagnetischen Kerns
verwendet, um die Felder in das magnetische Medium zu fokusieren.)
Solch ein Kern hat nicht wirklich ein festgelegtes Potential sondern
ist elektrisch potentialfrei; daher fließt kein Strom von den Spulen
zur Platte, wenn der Kern die Platte berührt.
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Für
das MR-Kopfelement ist dies jedoch nicht gültig. Das magnetoresistive
Element ist eigentlich ein Widerstand und es muß dicht an der Oberfläche sitzen.
Da der Widerstand Strom führt
haben wenigstens einige Teile des Sensorelements ein merkliches
Potential gegenüber
der Plattenoberfläche.
Der Abstand zwischen dem Kopf und dem Medium ist sehr klein – in der
Größenordnung
von Mikrometern – und
wenn die Platte angehalten wird, gelangt der Kopf mit dem Medium
in Kontakt. Daher treten zwei Probleme auf:
- (1)
Kontakt: wenn der Kopf mit dem Medium in Kontakt kommt, kann er
kurzschließen
und es muß eine
Strombegrenzung in das System eingebaut werden, so daß nur Strom
in einer bestimmten Höhe
zur Platte fließen
wird; andernfalls kann ein beträchtlicher
Strom zur Platte fließen
und, wenn der Kopf an einer Stelle hält, an der sich Daten befinden,
dann kann dieser Strom die Daten zerstören.
- (2) Funkenbildung: während
der Kopf schwebt kann er ein Potential vom Kopf zur Platte erzeugen
und Funkenbildung verursachen.
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Der herkömmliche Ansatz ist es, die
Höhe des
im Kopf fließenden
Stroms zu steuern. Die Kopfimpedanz ist sehr niedrig, in der Größenordnung
von 12 Ohm. Die Stromquellen haben Ausgangsimpedanzen (effektiv
parallel mit den Stromquellen von etwa 10 Milliampere) in der Größenordnung
von 100 KΩ.
In diesem Beispiel geben die 10 Milliampere Vorspannungsstrom mutlipliziert
mit den 12 Ohm einen Gleichspannungsabfall von etwa 120 Millivolt über das
Sensorelement. (In einigen Anwendungen kann der Widerstand bis zu
32 Ohm und der Vorspannungsstrom 16 Milliampere betragen; so kann
unter diesen ungünstigsten
Bedingungen die Spannung über
den Sensorwiderstand bis zu 512 mV betragen.)
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Diese 120 Millivolt (oder mehr) können als quasi-potentialfrei
angenommen werden: das Sensorelement sieht zur Erde oder zur Stromversorgung eine
relativ hohe Impedanz. Das Potential an einem Anschluß des Sensorelements
kann wie in 1A dargestellt
auf Erde gelegt werden, indem ein Operationsverstärker in
einer Rückkopplungsschaltung
eingesetzt wird. Der andere Anschluß des Sensorelements liegt
daher auf 120 Millivolt gegenüber
Erde, so daß die
Spannung vom Kopf zu Medium nie größer als 120 mV ist.
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Diese Lösung war für einige Anwendungen zufriedenstellend;
man bedenke jedoch denn Fall mit 16 Milliampere Ansteuerung und
32 Ohm Widerstand. Dies führt
zu einem Spannungsabfall von mehr als 500 Millivolt, was ausreichend
ist um Funkenbildung zu verursachen.
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US-A-4 879 610 (JOVE STEPEHEN A ET AL)
beschreibt eine Schutzschaltung für ein MR-Element. Ein Zentralknoten
aus zwei Widerstandelementen, die parallel zu einem magnetoresistiven Kopf
liegen, ist mit einem Differenzverstärker verbunden, der das Mittelpunktspotential
mit einem gewünschten
Potential vergleicht und eine Stromquelle, die einen Vorspannungsstrom
liefert, entsprechend steuert.
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IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, (Band
34, Nr. 7A) beschreibt das Vorspannen eines Plattenaufbaus mit in
etwa der Mittelpunktsspannung des magnetoresistiven Elements, indem
der Plattenaufbau mit einer festen Bezugsspannung verbunden wird
oder indem die Mittelpunktsspannung des magnetoresistiven Elements
extern vertügbar
gemacht und mit dem Plattenaufbau verbunden wird.
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IBM TECHNICAL DISCLOSURE BULLETIN, (Band
37, Nr. 2A) beschreibt eine Schaltung, die eine ,Howland'-Strompumpe verwendet
um einen Anschluß des magnetoresistiven
Elements zu versorgen. Ein invertierender Operationsverstärker, der
an den zweiten Anschluß des
magnetoresistiven Elements angeschlossen ist, liefert eine Spannung
derselben Amplitude und umgekehrter Polarität wie die Spannung der Howland-Strompumpe,
wodurch er eine Vorspannung für
das magnetoresistive Element bereitstellt und die Mittelspannung
des magnetoresistiven Elements auf Erdpotential hält.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Lesen magnetischer Medien bereitgestellt,
wie es im beigefügten
Anspruch 1 festgelegt ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung zum Vorspannen eines
magnetoresistiven Sensorelements bereitgestellt, wie sie im beigefügten Anspruch
4 festgelegt ist.
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Mittelpunkt-Vorspannen
maanetoresistiver Köpfe
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Die innovative offenbarte Lösung legt
die Gleichtaktvorspannung der Widerstandsanschlüsse so fest, daß der MITTELPUNKT
des Widerstands auf Erde liegt. Diese Erfindung wurde durch die
Erkenntnis gefördert,
daß die
Steuerung des Stroms eigentlich auf die Steuerung einer Differenzspannung
auf dem Kopf hinausläuft.
Wenn wir dann die Gleichtaktspannung so regeln können, daß der Mittelpunkt des Kopfes
auf Erde liegt, halbieren wir die Spitzengröße der Kopf-zu-Platte-Spannung.
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1 B
stellt schematisch die Spannungsverhältnisse für die durch die vorliegende
Erfindung bereitgestellte magnetoresistive Leseoperation dar. Es
ist immer noch notwendig die Spannung des Sensorwiderstands zu klammern,
die vorliegende Erfindung lehrt jedoch den Mittelpunkt des Widerstands zu
klammern (ohne eine direkte Verbindung dorthin zu erfordern). Daher
zeigt 1 B, mit den Kopfparametern
aus 1A, einen unterschiedlichen
Satz von Potentialen, wobei die Spitzenspannung gegen Erde nur 60
mV beträgt,
im Gegensatz zu 120 mV.
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Die Spannung, die Funkenbildung verursacht,
ist vom speziellen verwendeten System abhängig, liegt aber mit den aktuell
verwendeten Laufwerkskonfigurationen typischerweise in der Nähe von 400
Millivolt. (Tatsächlich
gibt es zwei Arten von Funkenbildung: eine verursacht physische
Beschädigungen,
die andere verursacht Beschädigungen
des Mediums. Der Unterschied ist hier jedoch nicht relevant, da
die Erfindung beabsichtigt Beschädigungen beider
Arten der Funkenbildung zu vermeiden.) Um einen Sicherheitsbereich
anzugeben, sollte die Spitzen-Kopf-zu-Platte-Spannung bevorzugt unter ±300 Millivolt
liegen.
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Mehrere Schaltungen zum Erreichen
dieser innovativen Steuerungsbeziehung werden beschrieben. Dies
stellt ein magnetoresistives Plattenlaufwerkssystem mit einer verminderten
Empfindlichkeit für
Funkenbildung bereit.
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Die offenbarte Erfindung wird mit
Bezug auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben, die wichtige Beispielausführungsformen der Erfindung
zeigt und die in deren Beschreibung durch Verweise eingebunden ist,
wobei:
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1A schematisch
einen magnetoresistiven Leseverstärker des bisherigen Stands
der Technik darstellt;
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1B schematisch
die Spannungsverhältnisse
für durch
die vorliegende Erfindung bereitgestellte magnetoresistive Leseoperationen
darstellt;
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2 konzeptuell
eine erste Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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3 eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung darstellt;
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4 eine
dritte, nicht durch die Erfindung abgedeckte Ausführungsform
darstellt;
die 5A, 5B und 5C drei Teile einer einzigen Zeichnung
sind und ein bestimmtes Beispiel einer Implementierung auf der Schaltungsebene
darstellen;
die 6A, 6B, 6C und 6D drei
Teile einer einzigen Zeichnung sind, die eine Beispiel-Laufwerkkopf-Schnittstelle
darstellt, die vorteilhaft Vorspannungsschaltungen entsprechend
den 2, 3, 4 oder 5A-5C einschließt.
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Die zahlreichen innovativen Vorschläge der vorliegenden
Erfindung werden insbesondere mit Bezug auf die gegenwärtig bevorzugte
Ausführungsform
beschrieben (beispielhaft und nicht einschränkend), in der:
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Schaltungsimplementierunq
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2 zeigt
konzeptuell eine erste Ausführungsform
der Erfindung. In dieser Ausführungsform steuert
ein erster Verstärker
A1 direkt den Lesekopf an (über Anschlüsse MRHP/MRHN)
und er steuert auch ein Paar Proxy-Widerstände RP1/RP2 an, die parallel
zum Lesekopf liegen. Die Mittelspannung der Proxy-Widerstände RP1/RP2
wird in einen Differenzverstärker
A2 geführt,
der die Mittelspannung der Proxy-Widerstände (und damit die Mittelspannung des
Sensorelements) gegen Erde steuert, indem er einen niedrigeren Versorgungsstrom
für den
Verstärker
A1 regelt und damit die Gleichtaktspannung VOM von
A1 einstellt. Der durch den Abgriff von RS1 weitergeführte Strom
(der durch RS2 ausgeglichen wird) entspricht
einer Stromquelle IA, die die + Eingabe
eines Differenz-Eingang-Difterenz-Ausgang-Verstärkers A1
ansteuert. Der – (invertierende)
Eingang des Verstärkers
A1 wird durch eine konstante Stromquelle IB angesteuert.
Damit führt
der Verstärker
A1 dem Sensorelement einen konstanten Strom zu, bei einer festgelegten
Vorspannung, unter Verwendung des Verstärkers A2, so daß der Mittelpunkt
des magnetoresistiven Sensorelements vorgespannt ist, um mit der
Spannung am + Eingang des Verstärkers
A2 übereinzustimmen
(die typischerweise der Spannung der Platte entspricht).
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung. Wieder sind die Proxy-Lasten RP1/RP2 parallel zum
Sensorelement MR angeschlossen. In dieser Ausführungsform steuert ein Differenzverstärker A1' die Basis eines
Differenzpaares Q1A/Q1 B an, um den Strom durch Q1B genau auf den
konstanten Wert
einzustellen. Wieder greift
ein Differenzverstärker
A2 die Mittelspannung der Proxy-Lasten
RP1/RP2 ab und steuert entsprechend die Gleichtaktspannung des Verstärkers A1', um die Mittelspannung
der Proxy-Lasten (und damit die Mittelspannung des Sensorelements
MR) gegen Erde (die natürlich
auf die Platte bezogen werden muß) zu steuern. Selbstverständlich werden
bevorzugt Kompensationselemente (nicht dargestellt) eingesetzt,
um den Regelkreis zu stabilisieren.
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In dieser Schaltung moduliert der
Differenzausgang von A1' die
relativen Emitterströme
von Q1A und Q1B, um den Anteil des Gesamtstroms I
sink zu
steuern, der durch die parallel geschalteten Lasten MR + RP1/RP2
geht, statt um sie herum. Dieser Regelkreis steuert die Spannung
R
HeadI
Q1B, so daß sie gleich
R
refl
ref, ist:
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Damit ist der Strom durch MR wie
gewünscht konstant.
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Der Verstärker A2 regelt die Gleichtaktspannung
VCM von A1', und regelt damit den durch Q1A + Q1
B geführten
Gesamtstrom, um das Potential des Mittelpunkts der Proxy-Widerstände RP1/RP2
(und damit des Sensorelements) einzustellen. (Der durch Q1A + Q1B
geführte
Gesamtstrom bleibt nahe am Strom Isink,
jedoch verschieben kleine Veränderungen des
durch Q1A + Q1 B geführten
Gesamtstroms die Spannung des Sensorelements MR.) Das Ergebnis dessen
ist, daß die
Proxy-Lasten (die Proxy-Widerstände
RP1/RP2 in diesem Beispiel) ein Abbild des MR-Widerstands bereitstellen
und daher kann der Zwischenknoten der Proxy-Lasten überwacht
werden, um die Mittelspannung des Sensorelements MR einzustellen,
das keinen Mittelabgriff hat.
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Da die Proxy-Lastelemente viel größer als der
Sensorwert (12-32Ω)
sind, geht fast der ganze Strom durch das MR-Kopf-Element. Ein kleiner
Anteil davon geht durch die 2KΩ Proxy-Lastwiderstände, so daß es möglich ist,
sogar höhere
Werte zur Verwendung für
die Proxy-Lastwiderstände
in Betracht zu ziehen. Die Verstärkerstufe
selber zieht jedoch einen Eingangsstrom Iamp-in,
beispielsweise in der Größenordnung
von einigen Mikroampere. Daher sollte für jeden Proxy-Lastwiderstand der
Wert Rproxy, nicht so hoch sein, daß der Spannungsabfall
PproxyIamp- in die Mittelabgriffspannung über den
tolerierbaren Fehlerbereich hinaus verschiebt.
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Beispielsweise zieht in der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform
jeder Rproxy = 2KΩ und der Verstärkereingang
eine Strom von etwa 100 Mikroampere. Diese 100 Mikroampere fließen durch
die Proxylasten RP1/RP2 und vereinigen sich mit dem Kopfstrom Ihead Dies stellt einen Fehler von 100 Mikroampere
im MR-Kopf-Vorspannungsstrom
dar, jedoch ist dies relativ wenig im Vergleich zu den durch das MR-Kopfelement
fließenden
10 Milliampere Vorspannungsstrom. Daher ist dieser Fehler von 100
Mikroampere in der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
innerhalb der Fehlergrenzen.
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Eine Lösung zur Verringerung dieses
Verbrauchs ist es, zu einem ausgefeilteren Verstärkerdesign zu wechseln oder
mehr Rauschen zuzulassen. Dies ist eine nicht wünschenswerte Lösung.
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Das Vorspannungselement bringt tatsächlich etwas
Rauschen in unser MR-Element.
Gegeben eine Stromquelle, ist das ideale Bild dieses MR-Elements,
daß das
untere Ende des MR-Elements so gesteuert wird, daß der Mittelabgriff
auf Erdpotential geht und ein Strom dort hindurchgeführt wird.
Wenn dieser Strom stabil ist und der MR-Widerstand sich verändert, tritt
eine DC-Vorspannung am MR-Widerstand
auf; durch das sich verändernde
MR-Widerstandselement wird diesem ein Signal überlagert. Wenn die Stromquelle
genau konstant bleibt, haben wir die Signalquelle optimiert, was
bedeutet, daß, falls
der Widerstand sich ändert,
eine proportionale Spannung auftritt. Wenn die Schleife, die den
Strom regelt, nicht sehr schnell ist, erhalten wir eine Erosion oder
Degradation des Signals: ändern
wir den Widerstand, wird die Spannung gezwungen sich zu ändern, was
auch rückkoppelt
und den Strom dazu veranlaßt zu
sinken, was die Amplitude des Nutzsignals verringert. Daher wollen
wir eine sehr stabile Regelung der Stromquelle. Das Problem liegt
darin, daß dies
ein Breitbanddesign ist; es verstärkt alles Rauschen in dieser
Bandbreite, so daß kein
Anteil des Rauschens gefiltert wird.
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Falls notwendig, kann das Rauschen
durch die Verwendung verschiedener wohlbekannter Designtricks verringert
werden, wie etwa die Verwendung größerer Transistoren. Jedoch
ist Rauschen in der gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsform
im allgemeinen nicht von primärer
Bedeutung.
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Die Verwendung eines externen Widerstands
Rext gestattet es dem Laufwerkhersteller
den Lesekopf-Vorspannungsstrom genau zu steuern. Da die Eigenschaften
magnetischer Medien zwischen Herstellern variieren und ebenso variieren
können, wenn
Prozesse und Materialien optimiert werden, stellt die Schaltung
zur Erzeugung der Vorspannung in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
auf einem externen Pin eine genaue Abbildung des gezogenen Stroms
bereit, um den auf den MR-Lesekopf angewendeten Vorspannungsstrom
genau festzulegen. Daher kann der Laufwerkhersteller den Kopf-Vorspannungsstrom
genau steuern, indem er den Wert eines externen Präzisionswiderstands
gegen Erde ändert
oder alternativ durch den Anschluß einer programmierbaren Stromsenke
an diesen Pin. Damit kann der Laufwerkhersteller den Strom für verschiedene
Kopfmediumeigenschaften ändern.
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Daher verwendet die dargestellte
Schaltung tatsächlich
die Mittelabgriffspannung der Proxy-Lasten, um die Gleichtaktspannung
dieser Verstärkerstufe
einzustellen. Ein anderer Weg die meßbare Abgriffspannüng zu verwenden
ist es, unter Verwendung eines Regelkreises, der die meßbare Abgriffspannung
mit einer Referenzspannung (wie etwa der Plattenerde) vergleicht,
direkt die Spannung am unteren Anschluß des Sensorwiderstands zu
steuern.
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4 stellt
eine dritte, nicht durch die Erfindung abgedeckte Ausführungsform
dar. In dieser Ausführungsform
steuert der Verstärker
A3 einfach direkt die Spannung eines Endes des Sensorelements. Wieder
wird die Mittelabgriffspannung des Sensorwiderstands durch Stellvertretung
abgebildet (unter Verwendung von Proxy-Lasten RP1/RP2) und die Spannung
eines Endes des Sensorwiderstands wird direkt gesteuert, um gleich
der Mittelspannung des Sensorwiderstands gegen Erde zu sein. In
dieser Ausführungsform
wird ein gm Stromgenerator verwendet (Differenzspannungs-Eingang,
Stromausgang); die abgetastete Spannung wird mit einer Referenzspannung
verglichen und der Strom wird entsprechend eingestellt.
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Die 5A, 5B und 5C sind drei Teile einer einzigen Zeichnung
und stellen ein bestimmtes Beispiel einer Implementierung auf der
Schaltungsebene dar. Es ist zu bemerken, daß ein Verstärker A2' den Mittelpunkt der Proxy-Lasten RP1/RP2
mit einer externen Eingabe Vdisc vergleicht,
die mit dem Potential des Plattenlaufwerks selbst verbunden ist.
Diese Ausführungsform
entspricht im wesentlichen derjenigen in 3, jedoch steuert der Ausgang des Verstärkers A2' den der signalführenden
Seite des Verstärkers
A1" zugeführten Strom.
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Die 6A, 6B, 6C und 6D sind
drei Teile einer einzigen Zeichnung, die einen Beispiel-Laufwerkkopf-Schnittstellenchip
darstellt, in dem optional Kopf-Vorspannungsschaltungen
wie diejenigen in den 2, 3, 4 oder 5A–5C für die dargestellten Schaltungsblöcke RDB0
und RDB1 ausgetauscht werden können.
Dieser Schnittstellenchip umfaßt
Anschlüsse
(TFH1N/P und TFH2N/P) für
zwei Dünnfilmschreibköpfe und
umfaßt
auch Anschlüsse (MRHON/P
und MRH1N/P) für
zwei magnetoresistive Leseköpfe.
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Das Vorspannen für die magnetoresistiven Leseköpfe wird
durch die Schaltungsblöcke
RDB0 und RDB1 bereitgestellt. Eine Leseverstärkung wird durch die Schaltungsblöcke RDI0/RDO0
und RDI1/RDO1 bereitgestellt. Die Verstärkerstufe RDOC wird in dieser
Ausführungsform
vom Ausgang des ausgewählten
Kopf-Eingabepuffers RDIO (verbunden mit den Pins MRHON/P für einen
ersten magnetoresistiven Lesekopf) oder RDM (verbunden mit den Pins
MRH1 N/P für
einen zweiten magnetoresistiven Lesekopf) gespeist.
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Dieser Chip umfaßt auch zwei Schreibverstärker WRD0
und WRD1, die mit Ausgangspins (TFH1 N/P und TFH2N/P) für zwei Dünnfilmschreibköpfe verbunden
sind.
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Die Arbeitsweise der Lese- und Schreibblöcke wird
in den folgenden Anwendungen genauer beschrieben, die alle die gleichen
wirksamen Einreichungsdaten wie die vorliegende Erfindung haben und
die folgende sind:
EP Anmeldung Nr., mit dem Titel „Differential
High Speed Inductive Driver with a Bidirectional Current Limiting
Output Stage" (Verfreterreferenz:
80540)
EP Anmeldung Nr., mit dem Titel „AC Input Stage with Reduced
Transient Time for Use in Multiplexing Transducers that Require
a Switched DC Bias" (Vertreterreferenz:
79114)
EP Anmeldung Nr., mit dem Titel „Differential Amplifier with
Proxy Load for Control of Output Common Mode Range" (Vertreterreferenz:
79116)
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Gemäß einer offenbarten Gruppe
innovativer Aspekte wird folgendes bereitgestellt: Ein Verfahren zum
Lesen von magnetischen Medien, mit den Schritten: Positionieren
eines magnetoresistiven Elements in Nähe eines sich bewegenden magnetischen
Mediums; Betreiben eines geregelten Vorspannungsstromes durch das
magnetoresistive Element; Vorspannen des magnetoresistiven Elements gegenüber einem
Potential des magnetischen Mediums, so daß ein Drittel des magnetoresistiven
Elements sich auf einem Potential befindet, welches höher als
das Potential des magnetischen Mediums ist, und ein Drittel des
magnetoresistiven Elements sich auf einem Potential befindet, welches
geringer als dasjenige des magnetischen Mediums ist; und Erfassen
von Schwankungen der Spannung am magnetoresistiven Element.
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Gemäß einer weiteren offenbarten
Gruppe innovativer Aspekte wird folgendes bereitgestellt: Ein Verfahren
zum Lesen von magnetischen Medien, mit den Schritten: Positionieren
eines magnetoresistiven Elements in Nähe eines sich bewegenden magnetischen
Mediums; Betreiben eines geregelten Vorspannungsstromes durch das
magnetoresistive Element; Vorspannen des magnetoresistiven Elements gegenüber einem
Potential des magnetischen Mediums, so daß ein elektrischer Mittelpunkt
des magnetoresistiven Elements sich auf einem Potential befindet,
welches im Bereich von 40 mV des Potential des magnetischen Mediums
liegt; und Erfassen von Schwankungen der Spannung am magnetoresistiven Element.
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Gemäß einer weiteren offenbarten
Gruppe innovativer Aspekte wird folgendes bereitgestellt: Eine Schaltung
zum Vorspannen eines magnetoresistiven Sensorelements, die folgendes
umfaßt:
wenigstens einen Stromgenerator, der angeschlossen ist, um Strom
durch das Sensorelement zu führen; eine
Rückkoppelschaltung,
die operativ angeschlossen ist, um ein Feedbacksignal bereitzustellen,
welches die Spannung an einer Zwischenposition des Sensorelements
anzeigt; und ein Differenzverstärker, der
operativ angeschlossen ist, um das Feedbacksignal mit einer Referenzspannung
zu vergleichen und den Stromgenerator entsprechend zu steuern.
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Gemäß einer weiteren offenbarten
Gruppe innovativer Aspekte wird folgendes bereitgestellt: Eine integrierte
Schaltung als Schnittstelle zu einem Speicherlaufwerk, umfassend:
eine Schreibverstärkerschaltung;
eine magnetoresistive Vorspannungsschaltung, die wenigstens eine
Stromgenerator umfaßt,
der angeschlossen ist, um Strom durch das Sensorelement zu leiten;
eine Rückkopplungsschaltung,
die operativ angeschlossen ist, um ein Feedbacksignal bereitzustellen,
welches die Spannung an einer Zwischenposition des Sensorelements
anzeigt; und ein Differenzverstärker,
der operativ angeschlossen ist, um das Feedbacksignal mit einer
Referenzspannung zu vergleichen und den Stromgenerator entsprechend
zu steuern; und eine Leseschnittstellenschaltung, welche angeschlossen
ist, um Schwankungen der Spannung an dem magnetoresistiven Sensorelement
zu empfangen und zu verstärken,
um hierdurch ein Ausgangssignal bereitzustellen.
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Wie für den Fachmann offensichtlich
ist, können
beispielsweise in oder zu den dargestellten bestimmten Schaltungsanordnungen
andere Schaltungselemente hinzugefügt oder ausgetauscht werden.
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Beispielsweise muß der geregelte Punkt auf dem
Widerstand nicht streng der genaue Mittelpunkt sein, sondern könnte alternativ
und weniger bevorzugt irgendwo im mittleren Drittel des Bereichs
der Potentiale liegen, die über
die Länge
des Widerstands auftreten, oder noch weniger bevorzugt in der mittleren
Hälfte.
Entsprechend kann falls gewünscht ein
bestimmter Offset im Regelkreis toleriert werden.
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Die Proxy-Elemente müssen nicht
identisch sein (auch wenn dies bevorzugt ist) und müssen sogar
nicht streng vom selben Typ wie die primäre Last sein (auch wenn dies
bevorzugt ist); beispielsweise können
die Proxy-Lastelemente als ein schwacher Transistor anstatt eines
Widerstands realisiert werden. Es ist für das Verhalten der Proxy-Lasten
nicht streng notwendig, dasjenige der primären Last zu verfolgen, da die
Proxy-Lasten vor allem lediglich als Spannungsteiler dienen.
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Ähnlich
ist es auch möglich,
wie für
den Fachmann offensichtlich ist, andere Aufbauten bereitzustellen,
die die Spannung des Sensorwiderstands (oder sogar eine Spannung,
die proportional zur Spannung des Sensorwiderstands ist) auf eine Kette
von Proxy-Lastelementen kopieren, so daß ein Zwischenknoten in der
Kette als eine Steuergröße verwendet
werden kann.
