JP3099837B2 - 磁気抵抗素子信号切換増幅回路およびそれを用いた磁気記憶装置 - Google Patents

磁気抵抗素子信号切換増幅回路およびそれを用いた磁気記憶装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複数の磁気抵抗素子の出
力を択一的に切り換えて増幅する磁気抵抗素子信号切換
増幅回路,および,この磁気抵抗素子信号切換増幅回路
を用いた磁気記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気抵抗素子は磁気に応答してその磁気
を電気抵抗の変化として出力するデバイスであり,磁気
を検出する種々の分野で適用されている。その1例とし
て磁気抵抗素子をハードディスク装置の磁気ヘッドに装
着して磁気ディスクに記録された磁気的信号を検出する
読出センサとして使用することが試みられている。ハー
ドディスク装置には複数の磁気ヘッドがあり,それらの
磁気ヘッドのそれぞれに磁気抵抗素子が読出センサとし
て装着されている。これらの磁気抵抗素子の出力は選択
されて使用される。また,磁気抵抗素子の抵抗変化を電
圧変化に変換し,その電圧信号は増幅して使用される。
【0003】図4に,磁気抵抗素子を読出センサとした
とき,その信号変換,増幅,切換を行う従来の磁気抵抗
素子信号切換増幅回路の回路構成を示す。図4に示した
第1の磁気抵抗素子MR1と第2の磁気抵抗素子MR2
とはそれぞれ磁気ヘッドに装着され,磁気記録媒体に記
録された磁気情報を抵抗変化として検出する。磁気抵抗
素子MR1の抵抗変化を検出するため,バイアス抵抗器
Ra,Rbが第1の磁気抵抗素子MR1の両端に接続さ
れ,DCカットキャパシタCa,Cbを介して増幅回路
AMP1に入力される。バイアス抵抗器Ra,Rbはバ
イアス電圧とバイアス電流を規定する。たとえば,電源
電圧Vdが5Vのとき,第1の磁気抵抗素子MR1の抵
抗値は約50Ω,バイアス抵抗器Raは約200Ω,バ
イアス抵抗器Rbは約200Ωであり,バイアス電流は
約10mAとなる。また,DCカットキャパシタCa,
Cbはそれぞれ0.01〜0.1μF程度である。第2
の磁気抵抗素子MR2についても第1の磁気抵抗素子M
R1と同様の回路構成となっている。第1の磁気抵抗素
子MR1および第2の磁気抵抗素子MR2を磁気読出セ
ンサとして使用する場合,これらの1つが選択されて使
用される。そのため,セレクタ回路SELが設けられ,
増幅回路AMP1,AMP2の出力がヘッド選択信号H
SSに基づいて選択され,選択された1つの信号が増幅
回路AMP3に入力されて所定レベルまで増幅され,磁
気ディスクからの読出信号として使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4に示した回路は各
磁気抵抗素子ごとに独立した回路構成をなし,それぞれ
の回路要素が個別回路で構成されており,1つの磁気抵
抗素子についてそれぞれ1対のDCカットキャパシタC
aとCb,CcとCd,そして,1個の増幅回路AMP
1,AMP2とを設けているから,磁気抵抗素子を多チ
ャネル化した場合,チャネル数(磁気抵抗素子の数)の
2倍のDCカットキャパシタ,および,チャネル数の増
幅回路,1対のバイアス抵抗器が必要になり,回路構成
が複雑になるという問題がある。これらの回路を半導体
集積回路デバイスとして構成することが望まれている
が,DCカットキャパシタは半導体デバイス内に集積回
路として収容できず,半導体集積回路デバイスの外付け
となるから,チャネル数が多くなりDCカットキャパシ
タの数が多くなると,特に回路構成上問題となる。ま
た,図4に示した回路構成においては,磁気抵抗素子に
流すバイアス電流が常に必要であり,複数チャネルにつ
いて同時に上述した約10mA程度のバイアス電流を流
し続けるので,チャネル数が多くなるとその消費電流が
非常に多くなるという問題がある。さらに図4の回路構
成においては,電源電圧が変動した場合,その変動に応
じてバイアス電流の大きさも変動するから,磁気抵抗素
子で検出し電圧に変換された信号が変動して正確な磁気
情報の読み出しができなくなることがあるという問題に
遭遇する。したがって本発明はかかる問題を解決し,チ
ャネル数が多くなっても簡単な回路構成で低消費電力で
あり,しかも電源電圧の変動に依存しない安定した磁気
抵抗素子信号切換増幅回路およびこの磁気抵抗素子信号
切換増幅回路を用いた磁気記憶装置を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め,本発明の磁気抵抗素子信号切換増幅回路は,複数の
磁気抵抗素子を含みその磁気抵抗素子を選択する回路
と,この磁気抵抗素子選択回路と並列に,磁気抵抗素子
に対応する抵抗器を含みその抵抗器を選択する共通信号
選択回路を設け,これらの回路を全体としてカーレント
ミラー回路構成にし,磁気抵抗素子が選択された後にD
Cカットフィルタを通す回路構成とする。またバイアス
電流源としてカーレントミラー回路を用いる。したがっ
て,本発明の磁気抵抗素子信号切換増幅回路は,それぞ
れが,磁気抵抗素子と,該磁気抵抗素子に接続されスイ
ッチング信号に応答してその磁気抵抗素子に流れる電流
の断続を行うスイッチング素子を有する複数の磁気抵抗
素子選択回路と,上記磁気抵抗素子の抵抗値と所定の関
係を有する抵抗値を持つ抵抗器と,該抵抗器に接続され
スイッチング信号に応答して該抵抗器に流れる電流の断
続を行うスイッチング素子を有する共通信号選択回路
と,上記共通信号選択回路と上記複数の磁気抵抗素子選
択回路に一定のバイアス電流を供給すると共に上記複数
の磁気抵抗素子選択回路で選択された磁気抵抗素子の出
力信号を増幅する信号増幅・電流源回路を有する。また
本発明の磁気記憶装置は,上記磁気抵抗素子を磁気ヘッ
ドに装着し,磁気記録媒体に記録された情報を検出する
データ読出センサとして使用する。
【0006】
【作用】複数の磁気抵抗素子選択回路と共通信号選択回
路とは,信号増幅・電流源回路とを絡めて,全体とし
て,カーレントミラー回路で構成されている。したがっ
て,電源電圧変動の如何にかかわらず選択される磁気抵
抗素子選択回路内の磁気抵抗素子には一定のバイアス電
流が流れる。複数の磁気抵抗素子選択回路のうちの1つ
が選択的に切り換えられるが,その選択された磁気抵抗
素子の出力は,信号増幅・電流源回路内の増幅回路で増
幅されて出力される。したがって,磁気抵抗素子の数が
増加してもその選択出力はつねに1つであり,磁気抵抗
素子の増加にともなってDCカットキャパシタが増加す
ることはない。磁気抵抗素子は1つずつ選択されるか
ら,従来のように同時に複数の磁気抵抗素子をバイアス
することによる消費電力の増加はなく,常に一定の少な
い消費電力となる。また,上記磁気抵抗素子を磁気ヘッ
ドに装着して読出センサとして使用し,上記磁気抵抗素
子信号切換増幅回路を磁気記憶装置に信号検出増幅回路
として組み込む。この場合,磁気ヘッドが非アクセス時
は上記全てのスイッチング信号をオフ状態にして上記磁
気抵抗素子選択回路および共通信号選択回路を全て消勢
状態にする。これにより,磁気記録装置の動作停止時に
磁気ヘッドが磁気記録媒体の面に接触していても,磁気
抵抗素子から磁気記録媒体にバイアス電流が流れて磁気
記録媒体記録された情報を消去することを防止できる。
磁気ヘッドのアクセス時,上記共通信号選択回路のスイ
ッチング信号をオン状態にして共通信号選択回路を付勢
状態にすると共に,読出に対応する磁気抵抗素子選択回
路のスイッチング信号をオン状態にして対応する磁気抵
抗素子を選択して上記磁気記録媒体に記録された情報を
読み出す。
【0007】
【実施例】図1に本発明の第1実施例としての磁気抵抗
素子信号切換増幅回路の回路図を示す。この磁気抵抗素
子信号切換増幅回路はハードディスク装置などの磁気記
憶装置に適用される。つまり,磁気抵抗素子信号切換増
幅回路内の磁気抵抗素子が磁気ヘッドに装着されて磁気
記録媒体(磁気ディスク)に記録された磁気情報の検出
に使用される。図1に示した磁気抵抗素子信号切換増幅
回路は,第1の磁気抵抗素子MR1および第2の磁気抵
抗素子MR2の2チャネルの磁気抵抗素子を切り換え,
その選択された磁気抵抗素子の出力信号を最終段の増幅
回路AMPにおいて増幅して磁気情報読出信号として出
力する回路である。増幅回路AMPの前段にDCカット
フィルタが設けられている。
【0008】図1に示した磁気抵抗素子信号切換増幅回
路は,第1の磁気抵抗素子MR1を選択する第1のスイ
ッチング回路SW1,第2の磁気抵抗素子MR2を選択
する第2のスイッチング回路SW2,および,第1のス
イッチング回路SW1および第2のスイッチング回路S
W2と同じ回路構成で共通信号切換回路として機能する
第3のスイッチング回路SW3を有している。第3のス
イッチング回路SW3には,第1の磁気抵抗素子MR1
または第2の磁気抵抗素子MR2に対応して抵抗器R1
が接続されている。磁気抵抗素子信号切換増幅回路に
は,第1のスイッチング回路SW1〜第3のスイッチン
グ回路SW3の電流源としての,第1の電流源IS1お
よびトランジスタQ1,Q2,Q4からなるカーレント
ミラー回路が接続されている。このカーレントミラー回
路は信号増幅・電流源回路として,磁気抵抗素子MR
1,MR2,抵抗器R1にバイアス電流を流す電流源と
して機能する他,選択された磁気抵抗素子の信号を増幅
する増幅回路としても機能する。つまり,ベースが共通
接続されており,ノイズ除去キャパシタC1を介して接
地されているトランジスタQ2,Q4はベース接地増幅
回路として機能する。トランジスタQ4のコレクタであ
るノードN3の出力が,トランジスタQ7と第2の電流
源IS2からなるバッファ回路のトランジスタQ7に印
加され,ノードN5からDCカットキャパシタC2を介
して最終段の差動増幅回路AMPに印加される。
【0009】上述した回路構成について,磁気抵抗素子
の数が増加した場合,第1の磁気抵抗素子MR1,第2
の磁気抵抗素子MR2と並列に増加する磁気抵抗素子が
接続され,磁気抵抗素子の増加に対応して第1のスイッ
チング回路SW1,第2のスイッチング回路SW2と同
様のスイッチング回路が,第1のスイッチング回路SW
1,第2のスイッチング回路SW2と並列に接続され
る。しかしながら,その他の回路構成はチャネル数が増
加しても変化がなく,磁気抵抗素子の数が増加してもト
ランジスタQ7と第2の電流源IS2からなるバッファ
回路,DCカットキャパシタC2,C3,および,最終
段の増幅回路AMPの数は増加しない。つまり,図4に
示した従来の磁気抵抗素子信号切換増幅回路におけるよ
うに,磁気抵抗素子の数の増加にともなってDCカット
キャパシタ,増幅回路を増加させる必要がない。
【0010】再び2チャネル分の第1の磁気抵抗素子M
R1および第2の磁気抵抗素子MR2を用いた場合の図
1の回路構成の詳細およびその動作について述べる。ト
ランジスタQ1,Q2,Q4の回路構成はそれ自体,カ
ーレントミラー回路構成になっている。トランジスタQ
1はhFEが低下してトランジスタQ2とトランジスタQ
4とのバランスが崩れたときの補償を行わせるために配
設されている。
【0011】第1のスイッチング回路SW1内の回路構
成と第3のスイッチング回路SW3内の回路構成は全く
同じ回路構成となっている。すなわち,第1のスイッチ
ング回路SW1はNPNトランジスタQ5と,インバ
ータゲートG1とMOSスイッチングトランジスタM
11,M12とが図示のごとく接続されて構成される
が,第3のスイッチング回路SW3も,トランジスタQ
5に対応するトランジスタQ3と,インバータゲートG
1に対応するインバータゲートG3と,MOSスイッチ
ングトランジスタM11,M12に対応するMOSスイ
ッチングトランジスタM31,M32とから構成されて
いる。さらに第1の磁気抵抗素子MR1に対応して抵抗
器R1が接続されている。この抵抗器R1の抵抗値は後
述するように,カーレントミラー回路を構成する上で,
磁気抵抗素子MR1の中心抵抗値と所定の関係に設計さ
れている。第2のスイッチング回路SW2内の回路構成
と第3のスイッチング回路SW3内の回路構成とは上記
のスイッチング回路との関係と全く同じであり,第
2の磁気抵抗素子MR2に対応して抵抗器R1が配設さ
れている。
【0012】磁気記憶装置における磁気ヘッドの動作に
関連づけて,第1のスイッチング回路SW1〜第3のス
イッチング回路SW3のスイッチング動作について述べ
る。これらの第1のスイッチング回路SW1〜第3のス
イッチング回路SW3は,第1の選択信号XSEL1〜
第3の選択信号XSEL3が「ロー(L)」レベルのと
き,付勢されてそこに接続されている第1の磁気抵抗素
子MR1,第2の磁気抵抗素子MR2または抵抗器R1
を選択して,その出力をトランジスタQ4のコレクタ側
のノードN3に出力させる。第1の選択信号XSEL1
〜第3の選択信号XSEL3が「ハイ(H)」レベルの
ときは対応する第1の磁気抵抗素子MR1,第2の磁気
抵抗素子MR2,抵抗器R1は選択されない。
【0013】選択信号XSEL1〜XSEL3の出力形
態を下記表−1に示す。 表−1 モード XSEL1 XSEL2 XSEL3 選択回路 A H H H なし B L H L MR1 C H L L MR2 モードAは第1の磁気抵抗素子MR1も第2の磁気抵抗
素子MR2も選択されない場合を示す。このモードは磁
気ディスクが静止時において,磁気ヘッドが磁気ディス
クに接触している場合,第1の磁気抵抗素子MR1また
は第2の磁気抵抗素子MR2に電流を流すことにより,
磁気ディスクに記録された磁気情報を消去することを防
止するためである。モードBは第1の磁気抵抗素子MR
1が装着されている磁気ヘッドを読み出しに使用する場
合である。まず,第3の選択信号XSEL3が「L」レ
ベルになり,その直後,第1の選択信号XSEL1が
「L」レベルになる。これにより,MOSスイッチング
トランジスタM31とトランジスタQ3が一種のダイオ
ードとして機能し,電流I3が抵抗器R1に流れる。同
様にMOSスイッチングトランジスタM11とトランジ
スタQ5が一種のダイオードとして機能し,電流I1が
第1の磁気抵抗素子MR1に流れる。電流I1と電流I
3とは後述するように1/Kの割合で固定である。モー
ドCは第2の磁気抵抗素子MR2を選択する場合であ
り,その動作はモードBと同様である。このように,第
1の磁気抵抗素子MR1または第2の磁気抵抗素子MR
2はいずれか一方が選択され,選択されたほうにのみバ
イアス電流が流れるから,図4に示したように複数の磁
気抵抗素子に同時にバイアス電流が流れることによる電
力消費の増加が解決されている。
【0014】以上の動作,および,図1に示す回路構成
から明らかなように,第1の電流源IS1,トランジス
タQ1,Q2,Q4,第3のスイッチング回路SW3
と,第1の磁気抵抗素子MR1および第1のスイッチン
グ回路SW1,または,第2の磁気抵抗素子MR2およ
び第2のスイッチング回路SW2とが,全体としてカー
レントミラー回路構成になっている。したがって,モー
ドBにおける電流I1と電流I3,またはモードCにお
ける電流I2と電流I3とはつねに一定の関係にある。
その結果,電源電圧VCCが変化しても,安定な磁気抵抗
素子の出力がノードN3に出力され,図1の磁気抵抗素
子信号切換増幅回路は電源電圧変動があっても安定にバ
イアス電流を提供し安定に動作する。
【0015】このカーレントミラー回路について詳述す
る。式1に示すように,トランジスタQ2のエミッタ面
積AQ2とトランジスタQ4のエミッタ面積AQ4との比率
と,トランジスタQ3のエミッタ面積AQ3とトランジス
タQ5のエミッタ面積AQ5との比率とを同一にしてい
る。さらに, 第1の磁気抵抗素子MR1の抵抗値の中心
値RMR1 と抵抗器R1の抵抗値RR1との比率も上記トラ
ンジスタQ2のエミッタ面積AQ2とトランジスタQ4の
エミッタ面積AQ4との比率と同じにしている。 AQ2/AQ4=AQ3/AQ5=RMR1 /RR1=1/K ・・・(1) したがって,第1の電流源IS1から流れる電流IS
K倍の電流が第1の磁気抵抗素子MR1のバイアス電流
となる。
【0016】図2を参照して,第1の電流源IS1およ
びトランジスタQ1,Q2,Q4のカーレントミラー回
路のより好適な回路構成を述べる。図2は第1の電流源
IS1の詳細回路を中心に図示している。第1の電流源
IS1はカーレントミラー回路構成のトランジスタQ1
1,Q12,このカーレントミラー回路からの電流I11を
規定するトランジスタQ13,比較増幅回路AMP11およ
び電源V11,および,抵抗器R11,R12,R13からな
る。増幅回路AMP11にはトランジスタQ13からの電流
I11が帰還されて電源V11からの基準電圧と比較され,
第1の電流源IS1からその基準電圧で規定される電流
I11がカーレントミラー効果によって,トランジスタQ
1のベースとトランジスタQ2のコレクタとの接続点で
あるノードN1に出力される。そして,上述したよう
に,トランジスタQ1,Q2,Q4自体もカーレントミ
ラー回路を構成している。以上により,第1の磁気抵抗
素子MR1または第2の磁気抵抗素子MR2には,電源
電圧の変動があってもつねに一定の安定したバイアス電
流が提供される。
【0017】図3に本発明の第2実施例としての磁気抵
抗素子信号切換増幅回路の回路構成を示す。図3の回路
は,図1に示した第1のスイッチング回路SW1,第2
のスイッチング回路SW2および第3のスイッチング回
路SW3を簡単な回路構成にしている。すなわち,第1
のスイッチング回路SW1内のトランジスタQ5および
MOSスイッチングトランジスタM12を排除し,MO
SスイッチングトランジスタM11およびゲートG1だ
けでスイッチング回路を構成している。第2および第3
のスイッチング回路の構成も同様である。その他の回路
は,図1の回路構成と事実上変化がない。図3のスイッ
チング回路は簡単にされているが,第1の磁気抵抗素子
MR1,第2の磁気抵抗素子MR2と抵抗器R1とは上
記式1に関係で設計されており,MOSスイッチングト
ランジスタM11,M21とMOSスイッチングトラン
ジスタM31とは同じ回路構成であるから,上述したカ
ーレントミラー回路構成は維持されている。したがっ
て,図3の磁気抵抗素子信号切換増幅回路においても上
記第1実施例の磁気抵抗素子信号切換増幅回路に関連づ
けて述べた効果と同様の効果を得ることができる。
【0018】図1および図3に示した第2の電流源IS
2は、第1の電流源IS1と同様に従来から広く知られ
ているカーレントミラー回路等で構成される。
【0019】図1および図3に図解した回路構成は,磁
気抵抗素子MR1,MR2,抵抗器R1およびDCカッ
トキャパシタC2,C3を除いて,集積化回路構成に適
していることが判る。また図2に図解したカーレントミ
ラー回路も集積化回路構成に適している。したがって,
本発明の実施例の磁気抵抗素子信号切換増幅回路は従来
のように個別回路素子の組合せでなく,集積回路として
実現できる。
【0020】以上,磁気記憶装置に関連づけて,本発明
の好適な回路構成例について述べたが,本発明の磁気抵
抗素子信号切換増幅回路は上述した磁気記憶装置に好適
に適用される他,磁気抵抗素子を選択し増幅する他の種
々の回路に適用できる。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように,本発明の磁気抵抗素
子信号切換増幅回路によれば,磁気抵抗素子の数に依存
せず,1対のDCカットキャパシタを用いればよく,回
路構成が簡単になる。また本発明の磁気抵抗素子信号切
換増幅回路によれば,バイアス電流は選択される磁気抵
抗素子にのみ流れるから電力消費が削減できる。さらに
本発明の磁気抵抗素子信号切換増幅回路においては,全
体がカーレントミラー回路構成にされているから,電源
電圧の変動に対しても安定なバイアス電流が提供され
る。また,本発明の磁気抵抗素子信号切換増幅回路は集
積回路として実現するのに適している。さらに本発明の
磁気抵抗素子信号切換増幅回路を磁気記憶装置に適用す
ることにより,磁気記憶装置において好適な磁気ヘッド
を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の磁気抵抗素子信号切換増
幅回路の回路図である。
【図2】図1に示した電流源の詳細回路図である。
【図3】本発明の第2実施例の磁気抵抗素子信号切換増
幅回路の回路図である。
【図4】従来の磁気抵抗素子信号切換増幅回路の回路図
である。
【符号の説明】
MR1・・第1の磁気抵抗素子, MR2・・第2の磁気抵抗素子, IS1・・第1の電流源, IS2・・第2の電流源, Q1〜Q7・・トランジスタ R1〜R2・・抵抗器 C1・・ノイズ除去キャパシタ, C2,C3・・DCカットキャパシタ, G1〜G3・・インバータゲート M11〜M32・・MOSスイッチングトランジスタ, XSEL1〜XSEL3・・スイッチング選択信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 5/02 G01R 33/09

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれが,磁気抵抗素子と,該磁気抵
    抗素子に接続されスイッチング信号に応答して上記磁気
    抵抗素子に流れる電流の断絶を行うスイッチング素子を
    有する,複数の磁気抵抗素子選択回路と,上記磁気抵抗
    素子の抵抗値と所定の関係を有する抵抗値を持つ抵抗器
    と,該抵抗器に接続されスイッチング信号に応答して上
    記抵抗器に流れる電流の断続を行う共通信号選択回路
    と,該共通信号選択回路と上記複数の磁気抵抗素子選択
    回路とに一定のバイアス電流を供給すると共に上記複数
    の磁気抵抗素子選択回路で選択された磁気抵抗素子の出
    力信号を増幅する信号増幅・電流源回路を有することを
    特徴とする磁気抵抗素子信号切換増幅回路。
  2. 【請求項2】 上記磁気抵抗素子を磁気ヘッドに装着し
    磁気記録媒体に記録された磁気情報を検出する検出素子
    として使用し,磁気ヘッドの非アクセス時は上記全ての
    スイッチング信号をオフ状態にして上記磁気抵抗素子選
    択回路および共通信号選択回路を全て消勢状態にし,磁
    気ヘッドのアクセス時は上記共通信号選択回路のスイッ
    チング信号をオン状態にして上記共通信号選択回路を付
    勢状態にすると共に,対応する磁気抵抗素子選択回路の
    スイッチング信号をオン状態にして対応する磁気抵抗素
    子選択回路を付勢状態にし上記磁気記録媒体に記録され
    た磁気情報を読み出すことを特徴とする請求項1に記載
    の磁気抵抗素子信号切換増幅回路を有する磁気記憶装
    置。
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