KR19980036037A

KR19980036037A - 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기

Info

Publication number: KR19980036037A
Application number: KR1019960054511A
Authority: KR
Inventors: 정순길
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 1998-08-05

Abstract

과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기가 개시된다. 하드 디스크 드라이브 시스템에서, 자기 저항 헤드를 보호하기 위한 장치가 내장된 그 장치는, 비교된 결과에 상응하여 디스에이블되고 자기 저항 헤드에 흐르는 바이어싱 전류를 프로그래머블하게 가변하여 출력하는 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC와, 소정 이득을 갖는 제1증폭단과, 소정 이득을 갖는 제2증폭단과, 제1 및 제2증폭단의 출력을 입력하여 자기 저항 헤드의 중심 전압을 검출하고, 검출된 전압을 접지와 비교하여 헤드의 중심 전압이 기준 전위가 될 때까지 자기 저항 헤드로 비교된 결과를 출력하는 비교수단 및 자기 저항 헤드에 증가된 전위와 이전 전위간의 차 전압을 검출하고, 검출된 차 전압을 기준 전위와 비교하고, 비교된 결과를 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC로 출력하는 출력하는 차 전압 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 하고, 어떠한 환경하에서도 자기 저항 헤드를 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기

본 발명은 하드 디스크 드라이브에서 완전 차동 증폭기 구성의 듀얼 전력을 갖는 자기 저항-헤드용 독출 증폭기에 관한 것으로서, 특히, 하드 디스크 드라이브에서 자기 저항-헤드에 프로그래머블 제어에 의한 바이어싱 방법을 포함한 저잡음, 고속 증폭기 구성의 헤드와 디스크 단락시 과전류에 의한 헤드의 파괴를 방지하기 위한 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 자기 증폭기에 관한 것이다.

년간 30%의 비트 밀도(영역 밀도) 향상을 보이고 있는 자기 디스크 드라이브(HDD:Hard Disk Drive)는 25년 동안 다른 어떤 저장 시스템 보다도 비트당 비용의 빠른 속도의 발전을 가져왔다. 이를 위한 미디어, 헤드 기술 및 신호 처리 집적회로의 발전은 오늘날 컴퓨터 보조 기억 장치로 HDD 시스템의 경박 단소한 대용량의 추세를 앞당기고 있다.

현재, 자기 저항(MR:Magneto-Resistive) 헤드를 이용한 HDD 시스템이 실용화되고 있으며, 이는 종래의 박막 필름(TF:Thin Film) 헤드의 재생과 기록시 동일한 헤드를 사용함에 따른 균형(trade-off) 관계를 극복하고 기록 효율을 향상시키기 위하여 재생시에는 MR-헤드를, 기록시에는 종래의 TF-헤드를 사용하는 복합 헤드를 사용하고 있다.

MR-헤드의 출현은 디스크에 기록된 정보를 검출한 후, 잡음없이 증폭하고, 부호화된 데이타를 디스크에 기록하는 전치 증폭기의 변화를 요구하였으며, 종래의 TF-전치 증폭기와는 달리 재생을 위한 독출부분은 MR-헤드에 바이어싱하고 신호를 감지하는 방법에 따라 전압 바이어스 전압 감지, 전압 바이어스 전류 감지, 전류 바이어스 전류 감지, 전류 바이어스 전압 감지로 구성할 수 있으며, 독출 증폭기의 입력/출력과 전력 구성 방법에 따라 싱글 엔드형/싱글 전력과 차동/듀얼 전력 전치 증폭기로 구분되기도 한다.

이에 비해, 기입 부분은 TF-전치 증폭기와 거의 유사하다.

HDD 시스템에서는 고 성능 HDD 시스템 적용에 의한 전압 감지 회로 구현이 용이한 전류 바이어싱 방법이 널리 적용되고 있으나 회로 구현이 다소 복잡하지만 MR 바이어스 전류의 변화에 의한 전극-이주(electro-migration) 발생으로 헤드의 수명이 짧아지는 단점을 극복하기 위하여 시스템 업체는 전압 바이어싱 방법을 요구하는 경우도 있다. 그리고, 높은 CMRR 및 PSRR을 위하여 싱글 엔드형 보다 잡음 전력이 2배인 차동 증폭기형을 선호하고 있다.

종래에는 헤드와 디스크 단락시 여전한 직류 전위차로 인한 과전류 또는 전기 회로 에러로 헤드에 과도한 전류가 흘러 MR-헤드가 파괴되는 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, MR-헤드에 어느 일정 이상의 바이어스가 공급되면 이를 감지하여 바이어스 소스 기능을 불능하게 함으로서, 어떠한 환경에서도 MR-헤드를 보호할 수 있는 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기를 제공하는데 있다.

도 1은 자기 저항 전치 증폭기를 설명하기 위한 종래의 일반적인 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 의한 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기의 회로도이다.

상기 과제를 이루기 위해, 하드 디스크 드라이브 시스템에서, 자기 저항 헤드를 보호하기 위한 장치가 내장된 자기 저항 전치 증폭기는, 비교된 결과에 상응하여 디스에이블되고 자기 저항 헤드에 흐르는 바이어싱 전류를 프로그래머블하게 가변하여 출력하는 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC와, 소정 이득을 갖는 제1증폭단과, 소정 이득을 갖는 제2증폭단과, 제1 및 제2증폭단의 출력을 입력하여 자기 저항 헤드의 중심 전압을 검출하고, 검출된 전압을 접지와 비교하여 헤드의 중심 전압이 기준 전위가 될 때까지 자기 저항 헤드로 비교된 결과를 출력하는 비교수단 및 자기 저항 헤드에 증가된 전위와 이전 전위간의 차 전압을 검출하고, 검출된 차 전압을 기준 전위와 비교하고, 비교된 결과를 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC로 출력하는 출력하는 차 전압 검출수단으로 구성되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 의한 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.

도 1은 자기 저항 전치 증폭기를 설명하기 위한 종래의 일반적인 블럭도로서, 디스크(10), 자기 저항 헤드(12), 자기 저항 전치 증폭기(20), 독출/기입 신호 발생부(22), 더미 헤드(24), 직렬 포트(26) 및 독출/기입 채널(28)로 구성되어 있다.

도 2는 본 발명에 의한 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기의 회로도로서, 비교된 결과에 상응하여 디스에이블되고 자기 저항 헤드에 흐르는 바이어싱 전류를 프로그래머블하게 가변하여 출력하는 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC(42)와, 소정 이득을 갖는 제1증폭단(46)과, 소정 이득을 갖는 제2증폭단(48)과, 제1 및 제2증폭단(46 및 48)의 출력을 입력하여 자기 저항 헤드의 중심 전압을 검출하고, 검출된 전압을 접지와 비교하여 헤드의 중심 전압이 기준 전위가 될 때까지 자기 저항 헤드로 비교된 결과를 출력하는 비교기(44), 자기 저항 헤드에 증가된 전위와 이전 전위간의 차 전압을 검출하고, 검출된 차 전압을 기준 전위와 비교하고, 비교된 결과를 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC(42)로 출력하는 출력하는 차 전압 검출기(40) 및 다수개의 증폭기들과 트랜지스터 및 커패시터들로 구성된다.

도 3에 도시된 본 발명에 의한 전치 증폭기는 저잡음으로 모델링된 입력 트랜지스터들(Q1 및 Q2)의 베이스 양단에 자기 저항 헤드 및 Rmr이 구성되어 있다.

자기 저항 헤드의 바이어싱은 전류 바이어싱 방법을 사용하고 있으며, 전압 바이어싱 방법에 비해 회로 구현이 비교적 간단하다. SDATA, SCLK 및 SENB를 입력으로 하는 직렬 포트와 IDAC에 의해 발생되는 MR 바이어싱 전류는 MP3 및 MP5와 Q6, R4, Q5, R3에 의해서 자기 저항 헤드에 보통 6∼20㎃의 안정된 정전류를 공급하게 된다. 트랜지스터들(Q5 및 Q6)의 베이스에 연결되는 커패시터(C2)는 Rmr에 전류 공급으로 발생되는 잡음 성분을 제거하는 역할을 하게 된다. 트랜지스터들(Q1 및 Q3)(또는 Q2 및 Q4)로 구성된 CE-CN 구성은 밀러 효과에 의한 증폭기의 고주파 특성의 열화를 방지하기 위한 것이며, 부하 저항들(R1 및 R2)는 저 오프셋 증폭기 실현을 위하여 프로세서나 외부 환경 변화에 의한 저 드리프트 저항으로 구성된다. Rmr과 트랜지스터들(Q1 및 Q2)과 커패시터(C1)으로 구성되는 입력단은 Q1 및 Q2의 이미터에 연결된 외부 커패시터(C1)이 직류 또는 저주파수 성분에 대해서 고 임피던스로 작용하여 전체적으로 독출 증폭기가 저주파수 영역에서 HPF특성을 갖게 한다.

트랜지스터들(Q1 및 Q2)를 포함한 저항들(R6, R8, R5)와 gm1으로 구성된 궤환 루프는 자기 저항 헤드가 주위의 환경, 특히 디스크와 단락시 헤드를 통하여 디스크로 과도한 전류가 흘러 헤드가 파괴되는 것을 보호하기 위한 것으로써, 헤드의 중심 전압을 저항들(R6 및 R8)(≫Rmr) 및 저항(R5)를 통하여 검출한 뒤, 제로(=GND)와 비교하여 그 출력을 헤드의 중심 전압이 접지될 때까지 궤환 시킴으로서, 디스크와 거의 동일한 전위를 확보할 수 있게 되었다. 전체적인 제1증폭기(46)의 이득(A)은 다음 수학식 1과 같다.

A = R1 / (re + 0.5 * Rc1)

여기서, re는 트랜지스터(Q1)의 소신호 이미터 저항이고, Rc1은 커패시터(C1)의 총 기생 저항, R1은 부하 저항을 각각 나타낸다.

즉, 디스크에 기록된 데이타는 자속의 변화로 자기 저항 헤드의 저항 변화(dh)를 발생시켜 헤드의 양단에 미세한 신호로 검출되며 잡음없이 약 50dB 증폭시킨 뒤 출력한다.

도 2에 도시된 SDAT, SCLK 및 SENB를 입력으로 한 직렬 포트와 IDAC(42)는 자기 저항 헤드의 바이어싱을 프로그래머블하게 제어하기 위한 구성 블럭이며, 채널, 모드 선택 기능과 함께 구성된다. 한편, 도 2에 도시된 전류들(Io 및 Ir)은 다음 수학식 2와 같이 발생된다.

Io = Ibias (21 *b0 + 21 * b1 + 22 * b2 + 23 * b3)

Ir = Io + Iref

본 발명에 의한 전치 증폭기는 자기 저항 헤드의 양단의 전위를 검출할 수 있는 검출부(40)가 존재하여 그 출력을 IDAC(42)에 궤환시키고 있다. 이로써, 헤드와 디스크 단락시 여전한 직류 전위차로 인한 과전류 또는 전기회로 에러로 헤드에 과도한 전류가 흐르게 되면 Rmr의 전위차는 증가하며, 검출부(40)는 그 차의 전압을 검출 후, 기준 전압과 비교하여 그 이상일 경우, 고 전압을 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC(42)로 출력하여 IDAC(42)를 디스에이블시킨다. 또한, 이러한 방법은 모든 방법의 자기 저항 헤드에 동일하게 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기는 어떠한 환경하에서도 자기 저항 헤드를 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims

하드 디스크 드라이브 시스템에서, 자기 저항 헤드를 보호하기 위한 장치가 내장된 자기 저항 전치 증폭기에 있어서,

비교된 결과에 상응하여 디스에이블되고 상기 자기 저항 헤드에 흐르는 바이어싱 전류를 프로그래머블하게 가변하여 출력하는 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC;

소정 이득을 갖는 제1증폭단;

소정 이득을 갖는 제2증폭단;

상기 제1 및 상기 제2증폭단의 출력을 입력하여 상기 자기 저항 헤드의 중심 전압을 검출하고, 검출된 전압을 접지와 비교하여 상기 헤드의 중심 전압이 기준 전위가 될 때까지 상기 자기 저항 헤드로 비교된 결과를 출력하는 비교수단; 및

상기 자기 저항 헤드에 증가된 전위와 이전 전위간의 차 전압을 검출하고, 검출된 상기 차 전압을 기준 전위와 비교하고, 비교된 결과를 상기 직렬 포트 및 소정 비트의 IDAC로 출력하는 출력하는 차 전압 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 과전류 보호 기능을 갖는 자기 저항 전치 증폭기.