JPH04102309U

JPH04102309U - 磁気抵抗ヘツド用低ノイズ前置増幅器

Info

Publication number: JPH04102309U
Application number: JP1991099130U
Authority: JP
Inventors: バルタークラインハンス; デラルピーターセンコリー
Original assignee: ミネソタマイニングアンドマニユフアクチヤリングカンパニー
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1991-09-26
Publication date: 1992-09-03
Also published as: EP0478298A3; EP0478298A2; US5122915A; MY107472A

Abstract

(57)【要約】【目的】高電流バイアスと低ノイズを満足する磁気抵
抗用前置増幅器を提供する。【構成】直流電流源１７は、電界効果トランジスタ１
２と磁気抵抗要素の実効抵抗１８を通して電流を接地に
供給する。演算相互コンダクタンス増幅器２６を含むフ
ィードバックループは電界効果トランジスタ１２にバイ
アス電圧を供給し、それによって磁気抵抗要素の実効抵
抗１８にかかる電圧は、前記要素の抵抗が変化しても一
定に保たれる。結果的に磁気抵抗要素を流れる交流電流
は、フィードバックループと、演算相互コンダクタンス
増幅器２６の入力２２と２４間に接続された出力抵抗２
５のみを流れる。回路の増幅は、およそ磁気抵抗要素の
抵抗によって出力抵抗の抵抗値を除したものとなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、一般的に電気信号前置増幅器に関し、より詳細には、本考案は、磁気テープからデータをリードするのに使用される磁気抵抗ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術および考案が解決しようとする課題】

高密度リードチャネルヘッド技術における最近の発展は、２０ｍＶにまで達する信号振幅を伝達しながら２０ｍＡに及ぶバイアス電流を必要とする磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドに帰着している。たとえそうであっても、非常に低いレベルノイズが、高周波数における比較的大きな信号振動を処理できる一方で大変小さな信号をピックアップするために、現在でも必要である。テープの小型化とディスク記憶技術は、リードおよびバイアスＭＲヘッドに関するバイアス能力と共に、１より多くの前置増幅器の統合を要求する。

【０００３】

【課題を解決するための手段および作用】

本考案は、１．２μｍＣＭＯＳ技術にて実現可能なＭＲヘッドにささげられる完全統合型前置増幅器に向けられる。高電流バイアスと低ノイズの両要求に着手する新入力アーキテクチャが開発された。この前置増幅器入力は、単終段であり、安価でより小さな単終段ＭＲヘッドを使用するのを可能にする。

【０００４】本前置増幅器は、抵抗性単終段磁気抵抗センサをバイアスすること、該センサ抵抗の変化を電流または電圧信号に変換すること、および広帯域増幅を実行する。好適な実施例においては、該前置増幅器は、入力トランジスタに大きな動作電流を供与しまた外部抵抗センサをバイアスする電流源とともに統合される。本前置増幅器を用いて、低ノイズレベルと大きな帯域幅は、ＭＲセンサを駆動するのに要求される大きな動作電流が存在するのと同時に達成される。外部バイアス電流源が何も必要でないため、この電流のノイズ動作は、他のアプローチよりもすぐれている。

【０００５】本考案の目的と特徴は、図面とともに、次の詳細な説明と請求項から、より容易に明らかになる。

【０００６】

【実施例】

次に図面に関し、前置増幅器１０は、ソース１３を有する入力ＣＭＯＳトランジスタ１２、ドレイン１４、およびベース１５を備え、端子１６に加えられた直流バイアス電圧Ｖ_ＤＤと直列に接続されている。電圧Ｖ_ＤＤは、磁気抵抗センサヘッド（図示なし）を通して流れる電流Ｉを供給する直流電流源１７に結合され、接地２０に対する実効抵抗Ｒ_ｍ（１８）を有する。接続に示すように、直流電流は一定のままであるが、テープからデータをリードする間センサヘッドの抵抗Ｒ_ｍ（１８）は変化し、それによってＲ_ｍ（１８）にかかる交流電圧およびそれを通る交流電流を生成する。該交流電流成分は、基準電圧２１に接続される出力抵抗２５に加えられる。Ｒ_ｘ（２５）に加えられる交流電圧は、増幅された出力電圧Ｖ_ＯＵＴであり、また演算相互コンダクタンス増幅器２６の入力２２および２４に加えられる。演算前置増幅器の出力は、入力トランジスタ１２のゲートをバイアスするキャパシタ２８上の電荷を作り出す。

【０００７】入力トランジスタ１２は、「共通ゲート」構成にて動作し、それにおいてはゲート１５上の電圧は、演算相互コンダクタンス増幅器２６とキャパシタ２８から成るフィードバックループ３０によって供給される。このフィードバックループは、バイアス電流Ｉ_Ｏが入力トランジスタ１２を通して、それ故ＭＲセンサを通して、完全に流されることを確実にする。該センサは、その実効抵抗Ｒ_Ｍ（１８）により表わされるように、低インピーダンスノード（トランジスタ１２のソース１３）に接続されるので、Ｒ_Ｍにかかる電圧は一定に保たれる。これは、次いで、Ｒ_Ｍの抵抗が変化する時、トランジスタ１２を通る交流電流に帰着する。該交流電流は、Ｒ_Ｘ（２５）を通しリード３２を経由して「Ａ_ＯＮＤ」２１（または他の低シンピーダンスノード）すなわち基準電圧に流れることのみできる。該交流電流はＲ_Ｘ（２５）を通して流れるので、交流電圧が作成され、その振幅はＲ_Ｘ（２５）にかかる元の信号より大きくすることができる。それ故、増幅が実行される。

【０００８】信号がＲ_Ｘにかかって現われるようにするために、フィードバックループ３０は関心のある周波数で活性であってはならない。該ループの利得帯域幅（ＧＢＷ）は、演算増幅器２６のｇｍ、キャパシタ２８、入力トランジスタ１２と協働する寄生キャパシタ、および該トランジスタのゲート対ドレイン利得によって決定される。特に、演算増幅器２６のｇｍとキャパシタ２８は、ループ利得が十分低い周波数でロールオフ（ｒｏｌｌｏｆｆ）するように設計できる独立変数である。その場合には、この前置増幅器の入力から出力への利得は、おおよそＧａｉｎ＝Ｒ_Ｘ／（Ｒ_Ｍ＋１／ｇｍ_１）であり、ここでｇｍ_１は入力トランジスタ１２の相互コンダクタンスを表わす。

【０００９】ｇｍ_１は典型的にかなり大きな値なので、この自給式回路は、広帯域信号に関するバイアス、変換、および増幅を供給する。これは、テープまたはディスク記憶技術用の統合前置増幅器のような応用に大変有効である。

【００１０】１つの実施例においては、入力ステージの利得は、２０ｄＢに設定された。おもなノイズの要因は、電流源１７と入力トランジスタ１２である。含まれる装置は、それ故、極めて大きい。入力トランジスタ１２の幅対長さ比は、１００００／１．５である。しかしながら、（差動入力対群に関して）２つの入力装置の代わりにただ１つの入力装置を持ち、入力トランジスタを通る動作電流として、ＭＲバイアス電流を強制する上で、入力ステージの大きさと電流消費はともに徹底的に減少する。

【００１１】０．５〜５ＭＨｚにわたって２．５ｎｓより小さい差動グループ遅延を準備するために、キャパシタ２８と結合する演算増幅器２６に関するＧＢＷの結果は、１５０Ｈｚより小さい。この小さなｇ_Ｍ／ｃ比は、大きなオンチップキャパシタ（１００ｐＦ）とｇ_Ｍ減少計画を利用するＯＴＡ（２６）によって達成される。結果として、この構成の優性極（ｄｏｍｉｎａｎｔｐｏｌｅ）は、１Ｈｚよりもはるかに低い。高周波数極は３０ＭＨｚに位置するが、負荷キャパシタ（５０ｐＦ）は２５ＭＨｚに負荷極を置く。

【００１２】磁気抵抗ヘッド用低ノイズ前置増幅器についてここまで記述してきた。本考案を一実施例に関して述べてきたが、説明は本考案を例示するものであり、本考案を限定するよう解釈すべきではない。種々の変形および応用が、請求項によって定義される本考案の真の精神および範囲から逸脱することなしに、この技術分野における当業者に対して発生してもよい。

【００１３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、高電流バイアスと低ノイズの両要求を満足する前置増幅器が提供され、安価でより小さな磁気抵抗ヘッドの使用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例による前置増幅器の概略図で
ある。

【符号の説明】

１０…前置増幅器１２…ＣＭＯＳトランジスタ１３…ソース１４…ドレイン１５…ゲート１６…端子１７…直流電流源１８…実効抵抗２０…接地２１…基準電圧２２…２６の入力２４…２６の入力２５…出力抵抗２６…演算相互コンダクタンス増幅器２８…キャパシタ３０…フィードバックループ３２…リード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者コリーデラルピーターセンアメリカ合衆国，ミネソタ 55144−1000，セントポール，スリーエムセンター（番地なし）

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】実効抵抗（１８）を有する磁気抵抗セン
サのための前置増幅器（１０）であって、前記前置増幅
器は、入力要素（１３）、出力要素（１４）および制御
要素（１５）を有し、該入力要素と該出力要素は前記セ
ンサ要素と直列に接続される、入力トランジスタ（１
２）と、前記センサ（１８）と結合され、前記センサに
て変化する磁界を表示する出力信号を供給するための手
段（２２）と、前記トランジスタの制御要素（１５）上
の制御信号を供給するためのフィードバックループであ
って、前記前置増幅器に与えられる一定電流の所定割合
は前記トランジスタ（１２）とセンサ（１８）を通して
流れ、それによって前記センサにおける固定バイアスを
提供し、前記一定電流の異なる所定割合は前記出力信号
供給手段（２２）を通して流れ、前記フィードバックル
ープは、前記出力信号供給手段（２２）におけるエラー
電流に、前記所定電流がそれを通して流れる時に、応答
して、前記トランジスタ（１２）の動作条件を変化させ
る前記制御信号を、前記エラー電流を実質的に除外し前
記所定割合電流を維持するようにして、供給するための
手段（２６）、該トランジスタの制御要素が静的条件に
のみ応答するように前記制御信号の動的変化をブロック
する手段（２８）、を含み、前記フィードバック供給手
段にて発生した交流出力電圧は前記センサに存在する変
化する磁界に比例する、フィードバックループ（３０）
と、を具備する前置増幅器。
【請求項２】前記入力トランジスタは、ソース要素、
ドレイン要素およびゲート要素を有するＭＯＳを具備す
る請求項１記載の前置増幅器。
【請求項３】前記制御信号供給手段は演算相互コンダ
クタンス増幅器を具備する請求項１記載の前置増幅器。
【請求項４】前記動的電荷ブロック手段（２８）は該
ループ利得が低周波数でロールオフするような前記相互
コンダクタンス増幅器に結合されたキャパシタを具備す
る請求項３記載の前置増幅器。
【請求項５】実効抵抗（１８）を有する磁気抵抗セン
サ用前置増幅器（１０）であって、前記前置増幅器は、
ソース要素（１３）、ドレイン要素（１４）、およびゲ
ート要素（１５）を有する入力電界効果トランジスタ
（１２）と、コンタクトを維持するための手段と、直流
電流（１７）と、前記直流電流維持手段（１７）、前記
トランジスタ（１２）のソース要素（１３）およびドレ
イン要素（１４）、および前記磁気抵抗センサ（１８）
を、回路接地（２０）に直列に接続する手段と、前記ト
ランジスタ（１２）の前記ゲート要素（１５）上に制御
信号を供給するためのフィードバックループであって、
前記トランジスタ（２０）の前記ドレイン要素（１４）
と回路基準電圧（２１）との間に直列に接続（３２）さ
れた出力抵抗（２５）、２つの入力端子（２２と２４）
と出力端子（２７）を有する演算相互コンダクタンス増
幅器（２６）、前記２つの入力端子を横断して前記出力
抵抗（２５）を接続する手段、前記出力端子（２７）と
回路接地（２０）との間に接続されたキャパシタ手段
（２８）、および前記出力端子（２７）を前記入力トラ
ンジスタ（１２）の前記ゲート要素に接続する手段、を
含むフィードバックループ（３０）と、を具備し、それ
によって前記直流維持手段（１７）から直流バイアス電
流は前記入力トランジスタ（１２）と前記磁気抵抗要素
（１８）を通して接地（２０）に完全に向けられ、それ
において前記磁気抵抗要素の実効抵抗（１８）における
変化から結果として生じる前記入力トランジスタ（１
２）を通る交流電流は前記出力抵抗（２５）を通しての
み流れる、前置増幅器。