JP2006109485A - ハード・ディスク・ドライブ前置増幅器の複合出力ステージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】該装置は、差分出力信号を生成する第1差分増幅器と、差分出力信号に応答して電流をそれぞれが生成する第1および第2の平行エミッタ・フォロワを備える出力バッファとを備える。差分出力信号に応答して第2差分増幅器が、電流ミラー・マスタを制御し、電流ミラー・マスタは、電流源ミラーを制御する。電流源ミラーのそれぞれによって供給される電流は、第1トランジスタおよび第2トランジスタのそれぞれによって生成される電流と共動して、負荷電流を生成する。
【選択図】図4
Description
ディスク・ドライブは、コンピュータまたは他のデータ処理装置と共に使用される費用効果の高いデータ記憶システムである。図1に示されるように、ディスク・ドライブ10が、磁気記憶媒体を備え、これは、ハブ13と、読取り/書込みヘッドと通常呼ばれる磁気読取り/書込み変換器14とを有するディスクまたはプラッタ12の形態にある。読取り/書込みヘッド14は、ディスク12の上に吊るされ、かつ回転アクチュエータ・アーム16に添付された懸垂アーム15に取り付けられる、またはそれと一体式に形成される。ディスク・ドライブ10のプラットフォーム20に固定された構造アーム18が、旋回接合部22においてアクチュエータ・アーム16に旋回式に接続される。ボイス・コイル・モータ24が、ヘッド14をディスク12上の選択位置の上に配置するように、アクチュエータ・アーム16を駆動する。
図3から、以下がわかる。
iQ9=I118+ILoad
iQ12=I117−ILoad
上式で、iQ9はバイポーラ接合トランジスタQ9を流れる電流、I118は電流源118によって供給される電流、iQ12はバイポーラ接合トランジスタQ12を流れる電流、I117は電流源117によって供給される電流、Iloadは負荷抵抗Rterm134を流れる電流である。
I117≧Iovrhd+ILoad max (1)
I118≧Iovrhd+ILoad max (2)
上式で、ILoad maxは、VinPおよびVinNについて最大ピーク間入力信号に応答して生成される最大負荷電流である。従来の技術において開示されているように、式(1)および(2)を満たすように一定電流源117および118をサイズ決めすることにより、Q9およびQ12が、出力ステージ104の一応用例によれば400mVp−pである差分入力信号範囲全体にわたって、線形領域において動作するのに十分な電流フローを有することが保証される。しかし、すべての入力条件に必要とされる最大電流を常に供給するように、電流源117および118の両方をサイズ決めすることにより、必要とされる可能性がある電流より多くの電流を供給することになる。
一般的な慣習に従って、様々な記述される装置特徴は、縮尺調整して描かれておらず、本発明に関係する特有の特徴を強調するように描かれている。同じ参照符号は、図およびテキスト全体にわたって同じ要素を表す。
iM7=−iM5 (4)
電流ミラー・マスタM9、電流源ミラーM10ミラー、および1/KによるスケールiM5(すなわち、M9=K×M10W/L)、ならびに電流ミラー・マスタM8、電流源ミラーM11ミラー、および1/KによるスケールiM7(すなわち、M8=K×M11W/L)。
ここで、出力ステージ156を分析すると、バイポーラ接合トランジスタQ9を流れる電流は、以下のようになる。
1/Kによるスケーリングの後、式(3)および(4)のiM10およびiM11を式(5)および(6)に代入すると、下式を得る。
K(1/gm5+Rdegen+1/gm7)=Routp+Rterm+Routn (9)
であるとき、満たされる。
Routp+Routn≒相互接続108の特性インピーダンス≒Rterm (10)
(1/gm5)+(1/gm7)+Rdegen=4×2(Rterm)=8×Rterm (11)
Itotal154+156=2(1+K)×Iidle (12)
であり、上式で、Iidleは、VinP−VinN=0であるとき、NMOSFETS M10またはM11を流れる電流である。図3従来の技術の出力バッファ112の全供給電流は、
Itotal112=2×I117 (6)
であり、上式で、I117は、図3の電流源117によって供給される電流である。
Claims (39)
- 第1入力信号および第2入力信号を備える差分入力信号に応答して負荷電流を負荷に供給する装置であって、
第1負荷端子における第1電流および第2負荷端子における第2電流を生成するための出力バッファであって、前記第1電流および前記第2電流が、前記第1入力信号および前記第2入力信号に関数的に関係付けられ、前記負荷が、前記第1負荷端子と前記第2負荷端子との間に接続される、出力バッファと、
前記差分入力信号の関数として可変第3電流を供給するために、前記第1負荷端子に接続された第1電流源と、
前記差分入力信号の関数として可変第4電流を供給するために、前記第2負荷端子に接続された第2電流源とを備え、前記第1、第2、第3、および第4電流が、前記負荷電流を決定するために共動する、装置。 - 前記可変第3電流および前記可変第4電流を生成するために、前記第1電流源および前記第2電流源を制御するように前記差分入力信号に応答する増幅器をさらに備える、請求項1に記載の装置。
- 前記増幅器が、前記可変第3電流を決定するために、前記第1入力信号に従って制御可能である第1電流源マスタを備え、かつ、前記可変第4電流を決定するために、前記第2入力信号に従って制御可能である第2電流源マスタを備える、請求項2に記載の装置。
- 前記増幅器が、前記第1入力信号に応答する第1制御端子を有する第1トランジスタ、および前記第2入力信号に応答する第2制御端子を有する第2トランジスタをさらに備え、前記増幅器が、電流を前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタに供給する第3電流源をさらに備え、前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタを流れる前記電流が、前記第1制御端子および前記第2制御端子によって制御され、前記第1電流源マスタおよび前記第2電流源マスタが、前記可変第3電流および前記可変第4電流を決定するために、それぞれの前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタを流れる電流に応答する、請求項3に記載の装置。
- 前記第1入力信号が前記第2入力信号より大きい条件では、前記第3電流の振幅が、前記第4電流の振幅より大きく、前記第1入力信号が前記第2入力信号より小さい条件では、前記第3電流の前記振幅が、前記第4電流の振幅より小さい、請求項1に記載の装置。
- 前記出力バッファに供給される第1差分出力信号および第2差分出力信号を生成するために、前記第1入力信号および前記第2入力信号に応答する差分増幅器をさらに備え、前記第1電流源および前記第2電流源が、前記第1差分出力信号および前記第2差分出力信号に従って制御可能である、請求項1に記載の装置。
- 前記第1電流源および前記第2電流源の各1つが、MOSFETまたはJFETを備える、請求項1に記載の装置。
- 前記負荷が、装置の出力インピーダンスを第1導体および第2導体を備える相互接続要素の特性インピーダンスに整合させるインピーダンス整合要素を備え、前記負荷が、前記第1導体および前記第2導体を横断して接続される、請求項1に記載の装置。
- 前記装置が、ディスク・ドライブ記憶システムの前置増幅器を備え、前記相互接続が、前記第1負荷端子および前記第2負荷端子を回路要素チャネル・チップに接続する、請求項8に記載の装置。
- 前記出力バッファが、
第1エミッタ端子および第1ベース端子を有し、前記第1負荷端子が前記第1エミッタ端子を備える、第1トランジスタと、
第2エミッタ端子および第2ベース端子を有し、前記第2負荷端子が前記第2エミッタ端子を備える、第2トランジスタとを備え、
前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタが、平行エミッタ・フォロワとして構成される、請求項1に記載の装置。 - 第1差分出力信号および第2差分出力信号を生成するために、前記第1入力信号および前記第2入力信号に応答する差分増幅器をさらに備え、前記第1ベース端子が、前記第1差分出力信号に応答し、前記第2ベース端子が、前記第2差分出力信号に応答し、前記可変第3電流および前記可変第4電流を生成するために、前記第1電流源および前記第2電流源を制御するように、前記第1差分出力信号および前記第2差分出力信号に応答する増幅器をさらに備える、請求項10に記載の装置。
- 前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタの各1つが、双極性接合トランジスタを備える、請求項10に記載の装置。
- 前記可変第3電流の振幅が、前記可変第4電流の振幅より大きく、それにより、前記第1入力信号と前記第2入力信号との第1関係に応答して、負荷電流が第1方向において前記負荷を通って流れ、前記第2電流の前記振幅が、前記第1電流の前記振幅より大きく、それにより、負荷電流が、前記第1入力信号と前記第2入力信号との第2関係に応答して、第2方向において前記負荷を通って流れる、請求項1に記載の装置。
- 差分入力信号を受信し、それに応答して負荷電流を生成する装置であって、
前記差分入力信号に応答して、差分出力信号を生成する第1差分増幅器と、
前記差分出力信号に応答して、第1電流源および第2電流源を制御する電流制御増幅器と、
第3電流および第4電流を生成するための、前記差分出力信号に応答する出力バッファとを備え、前記第1電流源および前記第2電流源が、可変レベル第1電流および可変レベル第2電流を前記出力バッファに供給し、前記負荷電流が、前記第3電流および前記第4電流、ならびに前記可変レベル第1電流および前記可変レベル第2電流の関数である、装置。 - 前記出力バッファが、それぞれの第1ベース端子および第2ベース端子を各々が有し、かつ各々がそれぞれの第1トランジスタ電流および第2トランジスタ電流を生成するための平行エミッタ・フォロワとして構成される第1トランジスタおよび第2トランジスタを備え、前記第1ベース端子および前記第2ベース端子が、前記差分出力信号に応答し、前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタのそれぞれが、それぞれの前記第1電流源および前記第2電流源に接続されたそれぞれの第1エミッタ端子および第2エミッタ端子をさらに有し、前記負荷電流が、前記第1トランジスタ電流および前記第2トランジスタ電流ならびに前記可変レベル第1電流および前記可変レベル第2電流に応答して、前記第1エミッタ端子および前記第2エミッタ端子において生成される、請求項14に記載の装置。
- 前記電流制御増幅器が、第1電流ミラー・マスタおよび第2電流ミラー・マスタを制御するための電流制御差分出力信号を生成する第2差分増幅器を備え、前記第1電流ミラー・マスタおよび前記第2電流ミラー・マスタが、前記第1電流源および前記第2電流源を制御する、請求項14に記載の装置。
- 第1差分入力信号および第2差分入力信号を受信して、差分出力信号を生成する装置であって、
前記第1差分入力信号および前記第2差分入力信号を受信し、それに応答して第1差分出力信号および第2差分出力信号を生成する第1差分増幅器と、
前記第1差分出力信号に応答する制御端子を有する第1トランジスタ、および前記第2差分出力信号に応答する制御端子を有する第2トランジスタを備える第2差分増幅器と、
電流を前記第2差分増幅器に供給する電流源と、
前記第1トランジスタを流れる電流に応答する第1電流源と、
前記第2トランジスタを流れる電流に応答する第2電流源と、
第1電流を生成するための、前記第1電流源マスタに応答する第1電流源ミラーと、
第2電流を生成するための、前記第2電流源マスタに応答する第2電流源ミラーと、
出力バッファであって、
前記第1差分出力信号に応答する制御端子を有し、第1出力端子において第3電流を生成する第3トランジスタと、
前記第2差分出力信号に応答する制御端子を有し、第2出力端子において第4電流を生成する第4トランジスタとを備える、出力バッファとを備え、
前記差分出力電流が、前記第1、第2、第3、および第4電流に応答して、前記第1出力端子および前記第2出力端子において生成される、装置。 - 前記第1差分増幅器が、
前記第1差分入力信号に応答するトランジスタ制御端子、およびトランジスタ出力端子を有し、前記第1差分出力信号が、前記トランジスタ出力端子において提供される、第5トランジスタと、
前記第2差分入力信号に応答するトランジスタ制御端子、およびトランジスタ出力端子を有し、前記第2差分入力信号が、前記トランジスタ出力端子において提供される、第6トランジスタとを備える、請求項17に記載の装置。 - 前記第1トランジスタが、第1ベース端子および第1コレクタ端子を有する双極性接合トランジスタを備え、前記第5トランジスタの前記トランジスタ制御端子および前記トランジスタ制御端子が、それぞれ、前記第1ベース端子および前記第1コレクタ端子を備え、前記第6トランジスタが、第2ベース端子および第2コレクタ端子を有する双極性接合トランジスタを備え、前記第6トランジスタの前記トランジスタ制御端子および前記トランジスタ出力端子が、それぞれ、前記第2ベース端子および前記第2コレクタ端子を備える、請求項18に記載の装置。
- 前記第1トランジスタおよび前記第2トランジスタが、それぞれ、第1電界効果トランジスタおよび第2電界効果トランジスタを備え、前記第1トランジスタの前記制御端子が、前記第1電界効果トランジスタのゲート端子を備え、前記第2トランジスタの前記制御端子が、前記第2電界効果トランジスタのゲート端子を備える、請求項17に記載の装置。
- 前記第1電流源マスタが、前記第1トランジスタを通る電流経路と直接のチャネル経路を有する第1電界効果トランジスタを備え、前記第2電流源マスタが、前記第2トランジスタを通る電流経路と直接のチャネル経路を有する第2電界効果トランジスタを備え、前記第1電界効果トランジスタが、そのゲート端子に接続された源/ドレイン端子をさらに備え、前記第2電界効果トランジスタが、そのゲート端子に接続された源/ドレイン端子をさらに備える、請求項17に記載の装置。
- 前記第1電流源ミラーが、前記第1電界効果トランジスタの前記ゲート端子に接続されたゲート端子を有する第3電界効果トランジスタを備え、前記第2電流源ミラーが、前記第2電界効果トランジスタの前記ゲート端子に接続されたゲート端子を有する第4電界効果トランジスタを備え、前記第3電界効果トランジスタが、前記第3トランジスタを通る電流経路と直列のチャネル経路を有し、前記第4電界効果トランジスタが、前記第4トランジスタを通る電流経路と直列のチャネル経路を有する、請求項21に記載の装置。
- 前記第1電流の振幅が、前記第2電流の振幅より大きく、それにより、前記差分出力電流が、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との第1関係に応答して第1方向において負荷を通って流れ、前記第2電流の前記振幅が、前記第1電流の前記振幅より大きく、それにより、前記差分出力電流が、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との第2関係に応答して、第2方向において前記負荷を通って流れる、請求項17に記載の装置。
- 第1差を有する第1差分入力信号および第2差分入力信号を受信して、第2差を有する第1差分出力信号および第2差分出力信号を生成する変換器であって、前記第1差が前記第2差より小さく、
前記第1差分入力信号および前記第2差分入力信号に応答し、前記第1出力端子および前記第2出力端子を有する第1差分増幅器と、
それぞれの前記第1出力端子および第2出力端子に応答する第1入力端子および第2入力端子を有し、それぞれの前記第1差分入力信号および前記第2差分入力信号に従って第1電流および第2電流を生成するための第2差分増幅器と、
第3電流および第4電流を生成するための、前記第1出力端子および前記第2出力端子に応答する出力バッファとを備え、
前記差分出力信号が、前記第1、第2、第3、および第4電流に応答して生成される、変換器。 - 前記出力バッファが、
前記第3電流を生成するための、前記第1出力端子に接続された制御端子を有する第1トランジスタと、
前記第4電流を生成するための、前記第2出力端子に接続された制御端子を有する第2トランジスタとをさらに備える、請求項24に記載の変換器。 - 前記第1電流の振幅が、前記第2電流の振幅より大きく、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との第1関係に応答して、前記第1差分出力信号を生成し、前記第2電流の前記振幅が、前記第1電流の前記振幅より大きく、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との第2関係に応答して、前記第2差分出力信号を生成する、請求項24に記載の変換器。
- 時間変動差分入力を処理するための増幅器であって、
前記差分入力を受信するための第1入力端子および第2入力端子と、
高電圧レールと低電圧レールとの間において構成され、高ピーク電圧を受信する前記第1入力端子に応答して低電圧であり、かつ低ピーク電圧を受信する前記入力端子に応答して高電圧である第1中間出力を提供する第1トランジスタと、
前記高電圧レールと前記低電圧レールとの間においてやはり構成され、高ピーク電圧を受信する前記第2端子に応答して低電圧であり、かつ低ピーク電圧を受信する前記入力端子に応答して高電圧である第2中間出力を提供する第2トランジスタと、
前記差分入力の増幅バージョンを伝達するための第1出力端子および第2出力端子を有する第1増幅器と、前記高電圧レールと前記低電圧レールとの間に接続され、かつ前記第1中間出力に応答して出力電圧を前記第1出力端子に提供するように構成される第3トランジスタと、前記高電圧レールと前記低電圧レールとの間に接続され、かつ前記第2中間出力に応答して出力電圧を前記第2出力端子に提供するように構成される第4トランジスタと、
少なくとも1つの電流源と、前記出力端子のいずれかを1つの電圧レールの電位に向けて駆動し、一方、前記出力端子の他方が、他方の電圧レールの電位に向けて駆動されるように、可変電流レベルを前記第1増幅器に選択的に注入するように構成される切替え回路とを含む第2増幅器とを備える、増幅器。 - 第1入力信号および第2入力信号を備える差分入力信号に応答して、負荷電流を負荷に供給するためのディスク・ドライブ・データ記憶システムの前置増幅器であって、前記装置が、
第1負荷端子における第1電流および第2負荷端子における第2電流を生成し、前記第1電流および前記第2電流が、前記第1入力信号および前記第2入力信号に関数的に関係付けられ、前記負荷が、前記第1負荷端子と前記第2負荷端子との間に接続される、出力バッファと、
可変第3電流を前記差分入力信号の関数として供給するための、前記第1負荷端子に接続された第1電流源と、
可変第4電流を前記差分入力信号の関数として供給するための、前記第2負荷端子に接続された第2電流源とを備え、前記第1、第2、第3、および第4電流が、前記負荷電流を決定するために共動する、前置増幅器。 - 前記差分入力信号が、記憶されているデータ・ビットを表す、請求項28に記載の前置増幅器。
- 前記負荷が、前置増幅器の出力インピーダンスを相互接続要素の特性インピーダンスに整合させるためのインピーダンス整合要素を備える、請求項28に記載の前置増幅器。
- 前記インピーダンス整合要素が、抵抗を備える、請求項30に記載の前置増幅器。
- 前記負荷を流れる前記負荷電流が、前記負荷の両端に電圧を創出し、前記電圧が、前記第1入力信号と前記第2入力信号との差を表し、前記電圧が、前記第1入力信号と前記第2入力信号との第1関係に応答して第1値を有し、前記電圧が、前記第1入力信号と前記第2入力信号との第2関係に応答して第2値を有する、請求項28に記載の前置増幅器。
- 前記電圧が、前記第1入力信号と前記第2入力信号との前記差より大きい、請求項32に記載の前置増幅器。
- 前記電圧の前記第1値が、第1極性を有し、前記電圧の前記第2値が、前記第1極性とは反対の第2極性を有する、請求項32に記載の前置増幅器。
- 第1差分入力信号および第2差分入力信号に応答して負荷電流を供給する方法であって、
前記第1差分入力信号および第2差分入力信号を受信することと、
前記第1差分入力信号および前記第2差分入力信号に関数的に関係付けられる第1可変電流および第2可変電流を生成することと、
前記第1差分入力信号および前記第2差分入力信号に関数的に関係付けられる第3電流および第4電流を生成することとを備え、
第1端子と第2端子との間において前記負荷電流を生成するために、前記第1可変電流および前記第2電流が、第1端子において共動し、前記第2可変電流および前記第4電流が、第2端子において共動する、方法。 - 前記第1可変電流および前記第2可変電流を生成する工程が、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との関数関係に従って、第1電流源および第2電流源を制御することを備える、請求項35に記載の方法。
- 前記第1可変電流および第2可変電流を生成する工程が、前記第1差分入力信号および前記第2差分入力信号に関数的に関係付けられる第1中間電流および第2中間電流を生成することと、前記第1中間電流および前記第2中間電流をそれぞれの第1電流源ミラーに供給して、前記第1可変電流源ミラーおよび前記第2電流源ミラーを生成し、それにより前記第2可変電流を生成することとを備える、請求項35に記載の方法。
- 前記第1可変電流の振幅が、前記第2可変電流の振幅より大きく、それにより、前記負荷電流が、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との第1関係に応答して第1方向に流れ、前記第2可変電流の前記振幅が、前記第1可変電流の前記振幅より大きく、それにより、前記負荷電流が、前記第1差分入力信号と前記第2差分入力信号との第2関係に応答して第2方向に流れる、請求項35に記載の方法。
- 第1入力端子および第2入力端子において受信される差分入力信号を処理する方法であって、
第1電圧レベルを受信する第1レール、および第2電圧レベルを受信する第2レールを提供する工程と、
前記第1レールおよび前記第2レールに接続された差分増幅器ステージを提供し、前記増幅器ステージが、前記第1入力端子に提供される信号を表す出力信号を生成するように構成された少なくとも1つの第1トランジスタを含む工程と、
前記出力信号の特性を制御するために、前記第1トランジスタと前記レールの1つとの間において可変電流を注入し、前記電流が、前記入力信号の関数として変化する工程とを含む、方法。
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