JPS6047208A - 抵抗変化検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、抵抗変化検出回路に関し、特に外来ノイズを
除去でき、素子の長寿命化とＬＳＩ化が可能な磁気抵抗
効果型素子等の抵抗変化検出回路に関するものである。

〔発明の゛背景〕

外部要因により抵抗値を変化する素子としては、磁気抵
抗効果型素子、フォト・ダイオード等の光電素子、感圧
ダイオード等の感圧素子、およびサーミスタ等の感温素
子がある。これらのうち、磁気抵抗効果型素子は、外部
磁界により比抵抗が変化する素子であ２て、磁気カード
読取機、磁気テープ装置等の読取用ヘッドとして用いら
れている。

磁気抵抗効果型素子ヘッドは、磁気テープ等の記録媒体
に対して、磁気ヘッドの先端部で接触する際の磁化状態
を、電極の両端間に電流を流したときのヘッドの抵抗値
の変化を出力として取り出すものである。

磁気抵抗効果型磁気ヘッドの抵抗変化検出回路としては
、従来より、例えば第１図に示すような回路が用いられ
ている。第１図において、１は２端子型磁気抵抗効果型
磁気ヘツド、１０はセンス電流源（定電流）、１１はコ
ンデンサ、１２は前置増幅器である。

磁気抵抗効果型磁気ヘッド１にセンス電流源ｌＯによる
電流を流すと、媒体上の磁化による磁気抵抗効果型磁気
ヘッド１の抵抗変化が直流電圧に重畳された交流電圧と
なって、コンデンサ１１を通り前置増幅器１２で増幅さ
れる。

ところで、第１図の回路においては、次のような欠点が
ある。先ず、センス電流源１０の定電流によって磁気抵
抗効果型磁気ヘッド１に流れる電流は常に一定であるが
、媒体の走行により磁気抵抗効果型磁気ヘラｒｌが摩耗
すると、電流が流れる面の断面積が減少するため電流密
度が初期値より増大して、怒気抵抗効果型磁気ヘッド１
の寿命を短縮する。また、前置増幅器１２の入力が片チ
□ャネルであるため、入力信号に外来ノイズ−が重畳さ
れてくると、これがそのまま前置増幅器１２で増幅され
てしまう。つまり、外来ノイズを除去することができず
、Ｓ／Ｎが悪くなる。さらに、抵抗変化分の交流電圧は
直流電圧に重畳されているが、前置増幅器１２で増幅す
るのは交流電圧のみであるため、直流電圧を遮断する必
要がある。

したがって、入力直流分除去用のコンデンサ１１は必須
となり、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１から前置増幅器１
２までの距離を短かくできないため、ノイズが入り易く
、やはりＳ／Ｎを悪くする要因となっている。また、回
路を大規模集積化する場合、コンデンサ１１は集積化で
きないため、回路全体が集積化できなくなってしまう。

そこで、第２図に示すように、磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド１０両端から出力電圧Ｖを前置増幅器１２に導く場合
、磁気抵抗効果型磁気ヘッドｌに流れる電流の密度をで
きるだけ一定にするために、電流調整回路８を設ける方
法が提案された。この調整回路８は直流電源■、と抵抗
Ｒ０から構成され、電流の調整は直流電源■２を定期的
に調整し変化させて行う。

第２図の回路では、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１が摩耗
しても、電流密度を一定に保つことができるので、寿命
を短縮しないでずむが、外来ノイズを除去することや集
積化することが困難である。

すなわち、前置増幅器１２に入力する直流分を遮断する
ため、コンデンサ１１を挿入しなければならず、また増
幅器１２には両端子から信号が入力しているように見え
るが、上側の端子は直流電源の一定電圧が加えられてお
り、定電圧端子であるため、やはり片チャネルとなって
いる。

また、従来の改良型磁気抵抗効果型変換器として、第３
図に示すような回路が提案されている（特公昭５８−２
７５６１号公報参照）。

この回路においては、基準電圧＋■と抵抗Ｒ８゜Ｒ８定
電流源１０と制御電流発生回路９とで、変換器ｌの自動
バイアス回路を構成しており、増幅器１２の出力電圧を
制御電流発生回路９に与えて、制御電流発生回路９の制
御により定電流源１０の電流値を変化させている。また
、磁気抵抗効果型変換器１に対し、抵抗Ｒ，，Ｒ８を介
して定電流を供給しており、変換器１の抵抗変化による
交流信号を両端から取り出して前置増幅器１２の両チャ
ネルの入力としている。しかし、第３図の回路では、制
御電流発生回路９によって磁気抵抗効果型変換器の電流
密度を一定にすることはできず、また前置増幅器１２０
両チャネルの入力電圧を直流的に零にすることは困難で
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、これら従来の欠点を除去し、抵抗変化
素子に流れる電流の密度を一定に保って抵抗変化素子の
長寿命化を図り、かつ耐外来ノイズ性に優れ、大規模集
積回路化が可能な抵抗変化検出回路を提供す、ることに
ある。

〔発明の概要〕

本発明の抵抗変化検出回路は、外部要因により抵抗値が
変化する抵抗変化素子の抵抗変化分を検出する回路にお
いて、上記抵抗変化素子の両端にそれぞれエミッタ端子
を接続し、かつベース電位を互いに異ならせた１対のベ
ース接地型トランジスタと、上記抵抗変化素子の両端に
それぞれ抵抗を介して接続された互いに電位の異なる第
１．第２の電源と、一端に上記ベース接地型トランジス
タおよび出力信号線をそれぞれ接続し、′他端にいずれ
も第３の電源を接続した負荷抵抗とを有することに特徴
がある。

〔発明の実施例〕

第４図は、本発明の実施例を示す抵抗変化検出回路の構
成図である。

第４図において、１は磁気抵抗効果型磁気ヘッド、２．
３は磁気抵抗効果型磁気ヘッドに流れる電流の経路とな
る抵抗、４，５は１対のベース接地型トランジスタ、６
，７は負荷抵抗、１２は前置増幅器、１３はフィ−ドバ
ック回路である。

また、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１の初期抵抗値をＲＭ
ＩＩＳ電流値をＩＭＲ・抵抗２，３の抵抗値をＲ１１％
電流値を各々Ｉ　、Ｉ　ベース接地型トランＲＢＩ　Ｒ
ＢＩ　％ ジスタ牛、５のコレクタ電流を各々Ｉ、ｖＩＢ、負荷抵
抗６，７の抵抗値をＲ１とする。また、ベース接地型ト
ランジスタ４．５のベース電位は、各々Ｖｒｅｆ−４−
、Ｖｒｅｆ−であり、抵抗２の一端は電位■Ｂｌの電源
に接続され、抵抗３の一端はフィードバック回路１３の
出力である電位■□の電源に接続される。

フィードバック回路１３は、前置増幅器１２の直流入力
端子間電圧が零になるように、抵抗３の一端の電位を制
御するものである。

すなわち、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１に流れる電流密
度を一定に保つことができない理由は一抵抗変化を検出
する方法として従来より定電流検出方式を用いているか
らであることに着目し、第４図の回路では、磁気抵抗効
果型磁気ヘッド１０両端の電位を一定に保つ定電圧検出
方式を用いることによって、磁気ベッド１の電流密度を
一定に保持する６また、外来ノイズが混入しても、前置
増幅器１２に対して信号を差動で入力すれば、外来ノイ
ズが相殺されて、有効にこれを除去できる。

しかし、第１図、第２図に示すように、従来の回路では
磁気抵抗効果型磁気ヘッドの一方の端チ電位が、直流的
交流的に固定されているため、差動入力が不可能である
ことを考慮して、第４図の回路では、磁気抵抗効果型磁
気ヘッドｌの両端に、ベース電流を異ならせた１対のベ
ース接地型トランジスタ生、５のエミッタ端子を接続す
ることにより、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１の両端の電
位を一定に保つ。したがって、磁気抵抗効果型磁気ヘッ
ド１が摩耗しても、電流密度は初期値と変わらない。ま
た、媒体の磁化による磁気抵抗効果型磁気ヘッド１の抵
抗値の変化は、流れる電流値の変化となって現われ、こ
れが１対のベース接地型トランジスタ４，５のコレクタ
電流Ｉ、、Ｉ、の互いに逆位相の変化となる。したがっ
て、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１からベース接地型トラ
ンジスＪＩ４，５に至る信号ラインのインピーダンスを
等しくして、ベース接地型トランジスタ手、５のコレク
タ電流■□、■、を前置増幅器１２０入力とすれば、磁
気抵抗効果型磁気ヘッド１の抵抗変化を差動増幅するこ
とができる。これにより、外来ノイズは相殺されて除去
きれ、Ｓ／Ｎを改善することができる。

次に、第４図の動作を説明する。

磁気抵抗効果型磁気ヘッド１０両端の電圧は、１対のベ
ース接地型トランジスタΦ、５のエミッタ端子間電圧で
ある。ここで、両トランジスタ４゜５のベース・エミッ
タ電圧が等しい値の■Ｂｌであれば、トランジスタ奎の
エミッタ電位は（Ｖｒｅｆ＋−ＶＢＢ　）　、トランジ
スタ５のエミッタ電位番よ（Ｖｒｅｆ−−Ｖｎｍ　）で
あるから、両エミッタ間電圧は（Ｖｒθｆ＋−Ｖｒｅｆ
−）となり、常に一定である。

したがって、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１に流れる電流
■Ｍｌは、直流的には次の式で表わされる。

Ｉ　＝　（Ｖｒｅｆ＋−Ｖｒｅｆ−）／　Ｒ，、−−−
（１）Ｒ 一方、ベース接地型）ランススタ生、５のコレクタ電流
Ｉ、、Ｉ、、は、それぞれ次式で表わされる。

■０．−　ＩＭＩｌ−Ｉ□１　・・・（２）・・・（３
） Ｉ、　−ＩＲ□−ＩＭＰｌ また、フィードバック回路１３により、前置増幅器１．
２０両入力端子の直流電圧の差をま零となるように制御
されるため、次式が成立する。

■、−■Ｓ　−■ＩＲＩ、　−■！１ＲＬ　＝　（’Ｍ
Ｒ’ＲＢ□）Ｒ１−（ＩＲＢｌｌ　−’ＭＲ）ＲＩ、　
−（２ＩＭＲ（’ＲＢｌ”ＲＢＩ））ＲＬ＝″０　・・
・（４） 上記（４）式より、次式が導かれる。

２■ＭＲ”””　ＲＢ□＋■□、　・・・（５）すなわ
ち、抵抗２．３に流れる電流の和は、磁気抵抗効果型磁
気ヘッド１に流れる電流の２倍となる。

いま、媒体の磁化によって、磁気抵抗効果型磁気ヘッド
ｌの抵抗値が、ＲＭＲから（Ｒ□＋△ＲＭＲ）に変化し
た場合、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１０両端の電圧は、
１対のベース接地型トランジスタ４．５のエミッタ端子
により押さえられているため変化せず、電流のみが’Ｍ
Ｒから（Ｉ□＋Δ■ＭＲ）に変化する。この場合、抵抗
２，３を流れる直流電流■ＲＩＩＩ　ｌ　’ＲＢ２は変
化しないから、磁気抵抗効果型磁気ヘッド１の電流変化
は、ベース接地型トランジスタ４，５のコレクタ電流１
．、Ｉ、の変化となって現われる。すなわち、コレクタ
電流工、。

■、は、次のようになる。

Ｉ、＝（Ｉ、、＋△■ＭＲ）−■ＲＢ□　・・・（６）
ｌ１１＝■Ｒ□−（ＩＭＲ＋△’ＭＲ）　・・・（７）
したがって、前置増幅器１２の入力端子間電圧は、次式
で表わされる。

Ｉ　Ｖ、−Ｖ、　ｌ−Ｉ、ＲＬ−）、１％。

（２ＩＭＲ−（■ＲＢ工＋■、。））Ｒ＋２△ＩＭＲ−
ＲＬ・・・（８） 上式（８ンにおいて、前述のように、２’ＭＲ””ＲＢ
□＋■Ｒ□　であるから、これを代入して得られる値は
次のようになる。

ＩＶｌ−Ｖ、Ｉ−２へ’ｕｐ　’　Ｒｒ、　・・・（９
）したがって、前置増幅器１２の増幅率をＧとすると、
その出力Ｅ。は次のようになる。

ｇｏ＝２Δ■Ｍ、・ＲＬ−Ｇ・・・（１０）第５図は、
本発明の等価回路図である。

第４図に示すよ゛・うに、本発明の抵抗変化検出回路は
、１ベ一ス電位を異ならせた１対のベース接地型トラン
ジスタキ、５のエミッタ端子を磁気抵抗効果型素子１０
両端に接続して、磁気抵抗効果型素子ｌの抵抗変化によ
る電流変化を伝達し差動増幅することが最も重要な構成
要素であるから、フィードバック回路１３を除いても十
分に効果を奏するものである。この場合、前置増幅器１
２の入力端子の直流電圧差が零となるように初期時に調
整しておくのは勿論である。

第杢図の回路からフィードバック回路１３を除いたとき
の等価回路は、第５図に示すように、磁気抵抗効果型素
子１の抵抗値を半分ずつ分離して接続した差動増幅器と
なる。すなわち、１対のベース接地型トランジスタ４．
５により、磁気抵抗効果型素子ｌの抵抗変化による電流
変化を少なくとも２倍に増幅してから、前置増幅器１２
０両チャネルの入力端子に加えることになる。第５図に
おいて、■８は磁気抵抗効果型素子１の中点の電位てあ
り、また、１対のベース接地型トランジスタ４，５と磁
気抵抗効果型素子ｌの接続点には、抵抗ＲＢ　を介して
電源電圧ＶＢ１１ｖＢｌｌが印加されている。

このように、第４図、第５図においては、磁気抵抗効果
型磁気ヘッド１の端子間電圧は、１対のベース接地型ト
ランジスタ４，５のベース電位Ｖｒｅｆ＋、　Ｖｒｅｆ
−の差で決定され、常に一定であるため、磁気抵抗効果
型磁気ヘッドｌが摩耗しても電流密度は一定である。ま
た、磁気抵抗効果型磁気ヘッドｌの両端から前置増幅器
１２までの信号ラインのインピーダンスは等しいので、
信号を差動で前置増幅器１２に入力することができる。

さらに、フィードバック回路１３を付加した場合、ある
いは初期調整を行った場合には、前置増幅器１２の直流
入力端子間電圧を零としているので信号ラインにカップ
リング・コンデンサが不要となり、回路の大規模集積化
が図れる。

なお、各電源電圧の関係で、ベース接地型トランジスタ
牛、５のベース電圧Ｖｒｅｆ＋、　Ｖｒｅｆ−は互いに
異なる値であ、す、かつ他の電源電圧（＋ｖ０゜）（Ｖ
、、）　（ＶＢ、　）に比べ低い電圧であるが、負荷Ｒ
１の電源電圧＋ｖｏｏと素子ｌへのバイアス電源電圧Ｖ
Ｂ工、■□とは、異なる場合もあり、また等しい場合も
ある。

本実施側では、抵抗変化素子として、磁気抵抗効果型磁
気ヘッドを対象としているが、本発明は、これに限定さ
れることなく、他の抵抗変化素子に適用できるものであ
って、微少抵抗変化を検出する場合、例えば光ディスク
の回生回路やフォト・ダイオードの出力検出回路に適用
可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、抵抗変化素子の
電流密度を一定に保つことができるので、抵抗変化素子
の長寿命化が図れるとともに、変化信号を差動増幅でき
るので、外来ノイズを除去でき、かつカップリング・コ
ンデンサを除くことができるので、回路の大規模集積化
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ従来の磁気抵抗効果
型素子の抵抗変化検出回路を示す図、第４図は本発明の
実施例を示す抵抗変化検出回路の構成図、第５図は竺ヰ
図における等価回路図である。 ｌ：磁気抵抗効果型磁気ヘッド、牛、５：べ一ス接地型
トランジスタ、ｌＯ：定電流源、１１：カップリング・
コンデンサ、１２コ前置増幅器、１３＝フイ一ドバツク
回路。 抛１図 第　２　図 ■」 第　３　図 ＋Ｖ 第５図 ｖＢｌ　■Ｅ　ＸＩＢ２

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部要因により抵抗値が変化する抵抗変化素子の
   抵抗変化分を検出する回路において、上記抵抗変化素子
   の両端にそれぞれエミッタ端子を接続し、かつベース電
   位を互いに異ならせた１対のベース接地型トランジスタ
   と、上記抵抗変化素子の両端にそれぞれ抵抗を介して接
   続された互いに電位の異なる第１、第２の電源と、一端
   に上記ベース接地型トランジスタおよび出力信号線をそ
   れぞれ接続し、他端にいずれも第３の電源を接続した負
   荷抵抗とを有することを特徴とする抵抗変化検出回路。