專利名稱：高電源抑制比的單端供電前置放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用磁阻傳感器的磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的放大器領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及在磁存儲(chǔ)系統(tǒng)中放大從磁阻傳感器接收的信號(hào)的低噪聲放大器領(lǐng)域。
為了從磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中讀取所記錄的數(shù)據(jù)，包括一個(gè)磁阻傳感器的讀/寫(xiě)頭通過(guò)磁介質(zhì)并將磁變化轉(zhuǎn)變成極性變化的模擬信號(hào)脈沖。這個(gè)模擬信號(hào)然后被磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)的前置放大器級(jí)放大并提供給讀通道電路由其解碼以復(fù)制該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，讀通道電路包括在一個(gè)一般置于主機(jī)系統(tǒng)主板上的電路內(nèi)。
前置放大器電路一般包括在存儲(chǔ)介質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)部連接的讀/寫(xiě)芯片中。典型地，讀/寫(xiě)芯片以表面封裝形式封裝。讀/寫(xiě)芯片的設(shè)計(jì)一般受到這樣的規(guī)定限制盡可能最少量地散失功率及盡可能最少地給信號(hào)添加偽電噪聲。讀/寫(xiě)頭從磁介質(zhì)提取的較小的信號(hào)也可能伴隨著通過(guò)容性或感性耦合而引入的偽信號(hào)以及寬帶噪聲。
提供給讀通道電路的信號(hào)質(zhì)量對(duì)于讀輸出信號(hào)與從磁介質(zhì)讀出的數(shù)據(jù)之間的一致性相當(dāng)重要。保持從磁介質(zhì)系統(tǒng)通過(guò)讀通道輸出的信號(hào)質(zhì)量以便得到從存儲(chǔ)介質(zhì)讀出的數(shù)據(jù)的真正數(shù)字表示是重要的。包括在從存儲(chǔ)介質(zhì)系統(tǒng)輸出的信號(hào)內(nèi)的任何噪聲可能影響從讀通道輸出的數(shù)字讀輸出信號(hào)的質(zhì)量并產(chǎn)生從磁介質(zhì)讀取信息的傳輸中的錯(cuò)誤。
一個(gè)用于磁阻傳感器的低電壓、低功率放大器在于1993年12月14日頒發(fā)給Jove等人的U.S.專利No.5,270,882中講述。這個(gè)放大器具有單端輸入，沒(méi)有共模抑制，為了同時(shí)偏置和放大磁存儲(chǔ)系統(tǒng)中磁阻元件產(chǎn)生的信號(hào)。

圖1中說(shuō)明了Jove等人所講述的放大器電路的原理圖。該放大器電路包括磁阻(MR)元件MR，從磁介質(zhì)中傳感二進(jìn)制數(shù)據(jù)。MR元件的電阻隨著磁介質(zhì)中磁感的變化而變化。MR元件的第一端接地。MR元件的第二端與一個(gè)npn晶體管Q1的射極相連。晶體管Q1的集電極與一個(gè)npn晶體管Q2的射極和一個(gè)pnp晶體管Q3的集電極相連。電源V1的第一端接地。電源V1的第二端與晶體管Q2的基極相連。
晶體管Q2的集電極與電阻R1的第一端和跨導(dǎo)放大器g0的負(fù)輸入相連。電阻R1的第二端連接到電源電壓Vcc。放大器g0的正輸入連接到跨導(dǎo)放大器g1的正輸入和參考電壓源Vref的第一端。參考電壓源Vref的第二端連接到電源電壓Vcc。放大器g0的輸出連接到晶體管Q1的基極和電容C1的第一端。電容C1的第二端接地。放大器g1的負(fù)輸入連接到晶體管Q3的射極和電阻R2的第一端。放大器g1的輸出連接到晶體管Q3的基極和電容C2的第一端。電容C2的第二端和電阻R2的第二端連接到電源電壓Vcc。
圖1放大器電路的增益由電阻R1設(shè)定。晶體管Q1的射極給MR元件提供偏置電流。放大器電路的輸出電壓信號(hào)Vout作為電阻R1第一端和參考電壓Vref第一端之間的電壓差來(lái)提供。當(dāng)MR元件同時(shí)被來(lái)自晶體管Q1的偏置電流偏置時(shí)，輸出電壓信號(hào)Vout對(duì)應(yīng)于MR元件所提供的輸入信號(hào)電流的放大版本。
參考電壓Vref通過(guò)反饋電路設(shè)置經(jīng)過(guò)電阻R1的預(yù)定電流。這個(gè)反饋電路包括前向增益通路和反向增益通路。反向增益通路包括跨導(dǎo)放大器g0。前向增益通路包括晶體管Q1、電阻R1和MR元件。跨導(dǎo)放大器g0放大由參考電壓Vref和電阻R1第一端電平之間的差值所代表的輸出電壓信號(hào)Vout?？鐚?dǎo)放大器g0所產(chǎn)生的輸出信號(hào)用于控制通過(guò)電容C1建立起來(lái)的電荷電平。通過(guò)電容C1的電荷電平控制晶體管Q1的操作，提供給MR元件的電流經(jīng)過(guò)Q1。
第二個(gè)反饋電路用于經(jīng)過(guò)晶體管Q1對(duì)MR元件提供附加的偏置電流。這允許放大器電路對(duì)MR元件提供較大的偏置電流。此外，電路的前向增益也增加了。跨導(dǎo)放大器g1放大參考電壓Vref和電阻R2第一端電平之間的差值，產(chǎn)生經(jīng)過(guò)晶體管Q3的控制電流?？鐚?dǎo)放大器g1的這個(gè)輸出用于控制在電容C2上建立的電荷電平，該電平控制晶體管Q3的工作。晶體管Q3將電容C2上的控制電壓轉(zhuǎn)換為提供給晶體管Q2射極的控制電流。這個(gè)控制電流經(jīng)過(guò)晶體管Q1提供給MR元件。配置晶體管Q2是防止這個(gè)控制電流流到電阻R1。因?yàn)閺木w管Q2射極所看到的晶體管Q3的阻抗遠(yuǎn)大于晶體管Q2射極的阻抗，幾乎所有起源于MR元件的ac信號(hào)電流都被導(dǎo)向電阻R1，這樣MR元件的所有信號(hào)電流都流經(jīng)電阻R1。
在圖1的放大器電路中，晶體管Q2的基極經(jīng)過(guò)電壓源V1參考于地。但是，連接到晶體管Q2集電極的電阻R1和連接到晶體管Q2射極的晶體管Q3參考于電源電壓Vcc，它們都對(duì)晶體管Q2提供電流。由于電源電壓Vcc的電平波動(dòng)，電阻R1第一端的電平和晶體管Q3的操作將受到影響，從而改變提供給晶體管Q2的電流電平。但是，因?yàn)殡娮鑂1和晶體管Q3參考于電源電壓Vcc時(shí)，晶體管Q2基極的參考于地，因此這種設(shè)計(jì)將引起失真并使放大器電路產(chǎn)生較差的電源抑制。
從節(jié)點(diǎn)A看，對(duì)地而言，在晶體管Q2處，圖1放大器電路的輸出阻抗由下式表示rout＝ro2(1+gmQ2ro1)這里ro1是晶體管Q1與晶體管Q3并聯(lián)時(shí)所取的輸出阻抗。在節(jié)點(diǎn)B，從晶體管Q2的射極對(duì)晶體管Q3的集電極來(lái)看，DC電流由晶體管Q3和電阻R2產(chǎn)生。因此晶體管Q2不在DC環(huán)路中。
所需要的是一種比Jove等人所講述的放大器具有更高的電源抑制比的單端放大器電路。還需要的是提供較大的輸出阻抗的放大器電路。
在磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用的一種單端輸入放大器電路包括同時(shí)偏置和放大磁阻元件產(chǎn)生的信號(hào)的電路。放大器接收來(lái)自單端電源的功率。包括一個(gè)第一電阻，設(shè)置放大器的增益并提供與磁阻元件所產(chǎn)生的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。第一反饋電路產(chǎn)生提供給磁阻元件的第一偏置電流。第一反饋電路包括第一跨導(dǎo)放大器，放大輸出信號(hào)和參考電壓之間的差值。第二反饋電路產(chǎn)生提供給磁阻元件的第二偏置電流。第二反饋電路包括第二跨導(dǎo)放大器，放大參考電壓和從兩個(gè)電阻中間節(jié)點(diǎn)所取的電壓信號(hào)之間的差值。一個(gè)晶體管在接收電路和控制第一電阻之間相連，控制第一電阻產(chǎn)生輸出信號(hào)。該晶體管被第二跨導(dǎo)放大器的輸出和第一電容所控制。第一電阻、該晶體管和第二反饋電路都參考于單端電源，提供一個(gè)增加的電源抑制比。第二偏置電流經(jīng)過(guò)兩個(gè)電阻提供，因此增加了放大器電路的輸出阻抗。
圖1說(shuō)明了現(xiàn)有技術(shù)的磁阻傳感器所用的單端放大器電路的原理圖；圖2說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的單端放大器電路的原理圖；圖3說(shuō)明了本發(fā)明的單端放大器電路的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)原理圖。
圖2中說(shuō)明了本發(fā)明的單端放大器的優(yōu)選實(shí)施例的原理圖。MR元件的第一端接地。MR元件的第二端連接到一個(gè)npn晶體管Q1的射極。晶體管Q1的集電極連接到一個(gè)npn晶體管Q2的射極和電阻R3的第一端。晶體管Q2的集電極連接到電阻R1的第一端和跨導(dǎo)放大器g0的負(fù)輸入。電阻R1的第二端接于電源電壓Vcc。放大器g0的正輸入連接到跨導(dǎo)放大器g1的正輸入和參考電壓源Vref的第一端。參考電壓源Vref的第二端接于電源電壓Vcc。放大器g0的輸出連接到晶體管Q1的基極和電容Cext的第一端。電容Cext的第二端接地。放大器g1的負(fù)輸入接于電阻R3的第二端和電阻R2的第一端。電阻R2的第二端接于電源電壓Vcc。跨導(dǎo)放大器g1的輸出連接到電容C2的第一端和晶體管Q2的基極。電容C2的第二端連接到電源電壓Vcc。
在本發(fā)明的放大器中，包括在圖1放大器電路中的晶體管Q3和電壓源V1被去掉了。放大器電路的增益由電阻R1設(shè)置。偏置電流經(jīng)過(guò)晶體管Q1的射極提供給MR元件。放大器電路的輸出電壓信號(hào)Vout作為電阻R1第一端和參考電壓Vref第一端之間的電壓差來(lái)提供。當(dāng)MR元件同時(shí)被來(lái)自晶體管Q1的偏置電流偏置時(shí)，輸出電壓信號(hào)Vout對(duì)應(yīng)于MR元件所提供的輸入信號(hào)電流的放大版本。
參考電壓Vref通過(guò)反饋電路設(shè)置經(jīng)過(guò)電阻R1的預(yù)定電流，該反饋電路仍然包括前向增益通路和反向增益通路。反向增益通路包括跨導(dǎo)放大器g0?？鐚?dǎo)放大器g0放大由參考電壓Vref和電阻R1第一端電平之間的差值所代表的輸出電壓信號(hào)Vout?？鐚?dǎo)放大器g0所產(chǎn)生的輸出信號(hào)用于控制通過(guò)電容Cext建立起來(lái)的電荷電平。通過(guò)電容Cext的電荷電平控制晶體管Q1的操作和提供給MR元件的電流大小。前向增益通路包括電阻R1、晶體管Q1和MR元件。
第二個(gè)反饋電路用于經(jīng)過(guò)晶體管Q1對(duì)MR元件提供附加的偏置電流。跨導(dǎo)放大器g1放大參考電壓Vref和電阻R2第一端電平之間的差值，控制晶體管Q2的操作?？鐚?dǎo)放大器g1的輸出用于控制在電容C2上建立的電荷電平，該電平控制晶體管Q2的操作。
本發(fā)明的放大器電路的DC電流經(jīng)過(guò)電阻R2和R3提供。晶體管Q2也在DC環(huán)路中。在本發(fā)明的放大器電路中，晶體管Q2的基極，經(jīng)過(guò)跨導(dǎo)放大器g1和電容C2，參考于電壓源Vcc。連接于晶體管Q2集電極的電阻R1也連接到電源電壓Vcc。連接到晶體管Q2射極的電阻R3也經(jīng)過(guò)電阻R2連接到電源電壓Vcc。因此，當(dāng)電源電壓Vcc的電平波動(dòng)時(shí)，電阻R1提供的電流電平、流經(jīng)電阻R2和R3的電流電平以及晶體管Q2的操作都將成比例地波動(dòng)，抵消了失真并在輸出電壓Vout處提供了一個(gè)不變的響應(yīng)。因此，由于電源電壓Vcc電平中固有的變化而引入放大器電路的噪聲就較少，從而提供了較高的電源抑制比。
本發(fā)明放大器電路的輸出阻抗由于跨導(dǎo)放大器g1對(duì)晶體管Q2的控制而增加了。從節(jié)點(diǎn)A對(duì)地來(lái)看，本發(fā)明的放大器電路的輸出阻抗由下式表示rout＝ro2(1+Ag1gmQ2ro1)因此，由于跨導(dǎo)放大器g1的dc增益Ag1，輸出阻抗rout比圖1的放大器電路增加了。
本發(fā)明的單端放大器電路的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)原理圖在圖3中說(shuō)明。
本發(fā)明的單端放大器電路被設(shè)計(jì)為包括在磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，這里使用一個(gè)MR元件從磁介質(zhì)中讀出數(shù)據(jù)。本發(fā)明的放大器電路放大MR元件讀取的信號(hào)并將其提供為輸出信號(hào)Vout。本發(fā)明的放大器電路被配置為向讀通道電路提供輸出信號(hào)Vout，以數(shù)字格式復(fù)制從磁介質(zhì)中讀出的數(shù)據(jù)。
當(dāng)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被說(shuō)明并描述為使用二極晶體管的集成電路，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然本發(fā)明的電路可以使用另一種器件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括但不僅限于CMOS、MOS、分立元件和ECL。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然不同的邏輯電路配置可以替代上述邏輯電路執(zhí)行優(yōu)選實(shí)施例的功能。
根據(jù)特定實(shí)施例及其細(xì)節(jié)描述了本發(fā)明，以便有利于理解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作的原則。這里這樣參考特定實(shí)施例以及其中的細(xì)節(jié)不是為了限制這里所附的權(quán)利要求的范圍。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很顯然的是，選做說(shuō)明的實(shí)施例中可以進(jìn)行修改而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.同時(shí)偏置和放大磁阻元件對(duì)應(yīng)于從磁介質(zhì)中讀取的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的信號(hào)的放大器電路，該放大器電路配置為從單端電源電壓源接收功率，并包括a.一個(gè)接收電路，配置為接收磁阻元件產(chǎn)生的信號(hào)；b.第一電路元件，設(shè)置放大器電路的增益并提供對(duì)應(yīng)于磁阻元件所產(chǎn)生的信號(hào)的輸出信號(hào)；c.連接到單端電源電壓的參考電壓；d.第一偏置電路，對(duì)磁阻元件提供第一偏置電流，該第一偏置電路被輸出信號(hào)和參考電壓之間的第一電壓差控制；e.第二偏置電路，對(duì)磁阻元件提供第二偏置電流，該第二偏置電路被第一電壓電平和參考電壓之間的第二電壓差控制；以及f.第一晶體管，在接收電路和第一電路元件之間連接，控制第一電路元件的輸出信號(hào)產(chǎn)生，這里的第一電路元件、晶體管和第二偏置電路都參考于單端電源電壓，提供增加的電源抑制比。
2.權(quán)利要求1所述的放大器電路，其特征在于第一電路元件是一個(gè)電阻。
3.權(quán)利要求2所述的放大器電路，其特征在于第一偏置電路包括一個(gè)第一跨導(dǎo)放大器和一個(gè)第一電容。
4.權(quán)利要求3所述的放大器電路，其特征在于第二偏置電路包括一個(gè)第二跨導(dǎo)放大器和一個(gè)第二電容，并且其中的第二跨導(dǎo)放大器在第二電容上建立第二電荷，第二電荷用于控制第一晶體管的操作。
5.權(quán)利要求4所述的放大器電路，其特征在于還包括一個(gè)第二電阻，在第一晶體管和磁阻元件之間連接，其中第一和第二偏置電流經(jīng)過(guò)第二電阻提供給磁阻元件。
6.一個(gè)磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)包括a.一個(gè)磁介質(zhì)；b.一個(gè)磁阻元件，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于磁介質(zhì)上存儲(chǔ)的信息的信號(hào)；c.一個(gè)單端電源電壓源；以及d.一個(gè)連接到單端電源電壓源和磁阻元件的放大器電路，用于同時(shí)偏置和放大磁阻元件產(chǎn)生的信號(hào)，該電路包括i.一個(gè)第一電路元件，設(shè)置放大器電路的增益并提供對(duì)應(yīng)于磁阻元件所產(chǎn)生的信號(hào)的輸出信號(hào)；ii.連接到單端電源電壓的參考電壓；iii.第一偏置電路，對(duì)磁阻元件提供第一偏置電流，該第一偏置電路被輸出信號(hào)和參考電壓之間的第一電壓差控制；iv.第二偏置電路，對(duì)磁阻元件提供第二偏置電流，該第二偏置電路被第一電壓電平和參考電壓之間的第二電壓差控制；以及v.第一晶體管，在接收電路和第一電路元件之間連接，控制第一電路元件的輸出信號(hào)產(chǎn)生，這里的第一電路元件、晶體管和第二偏置電路都參考于單端電源電壓，提供增加的電源抑制比。
7.權(quán)利要求6所述的磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于第一電路元件是一個(gè)電阻。
8.權(quán)利要求7所述的磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于第一偏置電路包括一個(gè)第一跨導(dǎo)放大器和一個(gè)第一電容。
9.權(quán)利要求8所述的磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于第二偏置電路包括一個(gè)第二跨導(dǎo)放大器和一個(gè)第二電容，并且其中的第二跨導(dǎo)放大器在第二電容上建立第二電荷，第二電荷用于控制第一晶體管的操作。
10.權(quán)利要求9所述的磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其特征在于還包括一個(gè)第二電阻，在第一晶體管和磁阻元件之間連接，其中第一和第二偏置電流經(jīng)過(guò)第二電阻提供給磁阻元件。
11.同時(shí)偏置和放大磁阻元件對(duì)應(yīng)于從磁介質(zhì)中讀取的數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的信號(hào)的放大器電路，該放大器電路配置為從單端電源電壓源接收功率，并包括a.一個(gè)接收電路，配置為接收磁阻元件產(chǎn)生的信號(hào)；b.第一電阻，具有連接到單端電源電壓源的第一端；c.第一晶體管，具有連接到磁阻元件的射極；d.第二晶體管，具有連接到第一晶體管集電極的射極和連接到第一電阻第二端的集電極；e.第一電容，具有連接到第一晶體管基極的第一端且第二端接地；f.第二電容，具有連接到單端電源電壓源的第一端和連接到第二晶體管基極的第二端；g.連接到單端電源電壓源的參考電壓源；h.第一跨導(dǎo)放大器，具有連接到第一電阻第二端和第二晶體管集電極的第一輸入，連接到參考電壓的第二輸入以及連接到第一晶體管基極和第一電容第一端的輸出；i.第二電阻，具有連接到單端電源電壓源的第一端；j.第三電阻，具有連接到第二電阻第二端的第一端和連接到第二晶體管射極和第一晶體管集電極的第二端；以及k.第二跨導(dǎo)放大器，具有連接到第一跨導(dǎo)放大器第二輸入和參考電壓的第一輸入，連接到第二電阻第二端和第三電阻第一端的第二輸入以及連接到第二電容第二端和第二晶體管基極的輸出。
全文摘要
在磁介質(zhì)存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用的一種單端輸入放大器電路包括同時(shí)偏置和放大磁阻元件產(chǎn)生的信號(hào)的電路。放大器接收來(lái)自單端電源的功率。包括一個(gè)第一電阻。第一反饋電路產(chǎn)生提供給磁阻元件的第一偏置電流。第一反饋電路包括第一跨導(dǎo)放大器。第二反饋電路產(chǎn)生提供給磁阻元件的第二偏置電流。第二反饋電路包括第二跨導(dǎo)放大器。一個(gè)晶體管在接收電路和控制第一電阻之間相連。第一電阻、該晶體管和第二反饋電路都參考于單端電源，提供一個(gè)增加的電源抑制比。第二偏置電流經(jīng)過(guò)兩個(gè)電阻提供，因此增加了放大器電路的輸出阻抗。
文檔編號(hào)G11B5/39GK1164776SQ9710455
公開(kāi)日1997年11月12日 申請(qǐng)日期1997年3月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月25日
發(fā)明者M·納耶比, M·穆斯巴, 小路法男 申請(qǐng)人:索尼電子有限公司