DE69317084T2

DE69317084T2 - Verstärker für einen magnetoresistiven Sensor

Info

Publication number: DE69317084T2
Application number: DE69317084T
Authority: DE
Inventors: Stephen Alan Jove; Klaas Berend Klaassen; Peppen Jacobus Cornelis Le Van
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1993-07-14
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2013-07-15
Also published as: US5270882A; JPH06103506A; EP0586062A1; JP2574986B2; SG42321A1; DE69317084D1; EP0586062B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Vorspannung und Verstärkung von Signalen, die von einem magnetoresistiven Element erzeugt werden.
Vorhandene Verstärker, die in Verbindung mit magnetoresistiven Sensoren mit differentiellen Ein- und Ausgängen verwendet werden, können, u.a. wegen der zu hohen Verlustleistung, nicht mit einer einzigen Versorgungsspannung von weniger als 5 Volt betrieben werden. Nagnetoresistive Permalloy-Verstärker benötigen entweder zwei Versorgungsspannungen mit einer geerdeten Platten- /Spindel-Einheit, oder die Platten-/Spindelbaugruppe muß bei einem Potential zwischen Erde und einer Einzelversorgungsspannung floaten. Es muß darauf geachtet werden, daß die Platten-/Spindel-Baugruppe bei der Herstellung nicht mit der Erde kurzgeschlossen wird; und die Genauigkeit, mit der die Baugruppe gegenüber dem Potential des MR-Sensors vorgespannt wird ist kritisch; sie erfordert eine kostspielige Widerstandsanpassung und/oder eine dedizierte Rückkopplungsschaltung mit einem Kondensator außerhalb eines Armelektronikchips (AE-Chips).
Ein Beispiel für eine Schaltung zur Vorspannung und Verstärkung der von einem magnetoresistiven Element (Rmr) erzeugten Signale, welche zwei Versorgungsspannungen benötigt, ist in IBM TDB, Bd. 31, Nr. 3, 8/88, S. 369-371, beschrieben.
Dementsprechend besteht die vorliegende Erfindung aus einer Schaltung zur Vorspannung und Verstärkung von Signalen, die von einem magnetoresistiven Element (Rmr) mit zwei Anschlüssen erzeugt werden. Sie besteht aus
einem ersten Widerstand (R1) zur Ermittlung des Verstärkungsgrads der Schaltung;
einer einzigen Versorgungsspannungsquelle (+V), die mit einem Anschluß des ersten Widerstands (R1) verbunden ist;
auf die Versorgungsspannung (+V) bezogenen Mitteln zur Erzeugung einer Referenzspannungsquelle (Vref);
einem ersten Durchgangsleitwertverstärker (g0), von dem ein Eingang mit der Referenzspannungsquelle (Vref) und ein anderer Eingang mit dem anderen Anschluß des ersten Widerstands verbunden ist; und der auf die Spannungen an den Eingängen reagiert, um die Stromabgabe des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) zu verändern;
einem ersten Transistorelement (Q1) mit einem ersten Anschluß, der mit dem anderen Anschluß des ersten Widerstands (Rl) verbunden ist, einem zweiten Anschluß, der mit dem ersten Anschluß des magnetoresistiven Elements (Rmr) verbunden ist, und einem Steueranschluß, der auf die Stromabgabe des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) reagiert, zur Steuerung des zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß des ersten Transistorelements (Q1) fließenden Stroms, wobei der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß fließende Strom zunimmt, um die Spannungen am ersten Widerstand (R1) zu verringern;
einem ersten Kondensator (C1), der zwischen den Ausgang des ersten Durchgangsverstärkers (g0) und den zweiten Anschluß des magnetoresistiven Elements (Rmr) geschaltet ist, um das Rauschen und die Bandbreite des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) zu beschränken; und
Mitteln zur Erzeugung einer Rückleitungsschaltung zur Erde vom zweiten Anschluß des magnetoresistiven Elements (Rmr).
Dies ergibt eine verbesserte Verstärkungsschaltung für den Einsatz in Verbindung mit MR-Sensoren in Speichervorrichtungen der unteren Preisklasse. Sie besitzt folgende wünschenswerte Eigenschaften:
(1) Eine einzige (geerdete) Versorgungsspannung;
(2) Bis zu 3 dB weniger Rauschen als Differentialeingangsverstärker;
(3) Einsatzfähigkeit bei Versorgungsspannungen von fünf Volt oder weniger, ohne daß eine elektrisch floatende Platten- /Spindeleinheit erforderlich ist;
(4) Weniger Verlustleistung;
(5) Stufenlos einstellbarer Lesevorspannungsstrom ohne Widerstandstrimmung oder verstärktes Rauschen;
(6) Schnelle Aktivierung und Deaktivierung zur Minimierung der Verlustleistung zwischen dem Lesen von Sektorservomustern&sub1; die kreisförmig auf einer Speicherplatte angeordnet sind;
(7) Vorgespannte MR-Sensoren mit dR/R-Signalerkennung wie in der US-Patentschrift 4,706,138 beschrieben, um das Verstärkerausgangssignal verhältnismäßig unempfindlich gegen Variationen in der Streifenhöhe des MR-Sensors zu machen; und
(8) Verwendungsmöglichkeit, in Verbindung mit einem Eintaktverstärker( einer Plattenkapsel als Faradayscher Käfig, um eine interferenzfreie Verstärkung von MR-Sensorsignalen zu ermöglichen.
Rauscharme Niederleistungs- und Niederspannungs-Verstärkerschaltungen mit einem Eintakteingang, die nicht über eine Gleichtaktunterdrückung verfügen, stehen für die gleichzeitige Vorspannung und Verstärkung der von magnetoresistiven Elementen (MR- Elementen) in eines Plattenlaufwerks zur Verfügung. Die Verstärkerschaltungen besitzen eine einzige (geerdete) Versorgungsspannungsquelle. Ein Anschluß jedes MR-Elements und das leitende Substrat jedes MR-Elements sowie das leitende Substrat jeder Platte des Plattenlaufwerks sind geerdet, um transiente Unebenheitsströme zu minimieren. Die Kopf-/Platteneinheit des Plattenlaufwerks ist vollständig in einer hochleitfähigen, elektrostatisch abgeschirmten Metallkapsel eingeschlossen, die als Faradayscher Käfig wirkt und die Leitungen, die die MR-Elemente mit der Verstärkerschaltung verbinden, vor starken transienten Spannungsänderungen mit kurzer Anstiegs-/Abfallzeit zu isolieren.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Verstärkerschaltung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Diese Schaltung dient zur Verstärkung der Signale von einem magnetoresistiven Element ohne Gleichtaktunterdrückung in einer Plattenkapsel, die als abschirmender Faradayscher Käfig wirkt.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer Verstärkerschaltung gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3A, 3B und 3C sind 3D-Ansichten der abschirmenden Plattenkapsel aus der Sicht von oben, mit und ohne Abdeckung, und aus der Sicht von unten.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, enthält die Verstärkerschaltung ein magnetoresistives Element (MR-Element) Rmr, das Binärdaten von einer magnetischen Speicherpiatte D abtastet, einen Widerstand R1 zur Einstellung des Verstärkungsgrads der Schaltung, eine einzige Versorgungsspannungsquelle +V und eine auf die Versorgungsspannung +V bezogene Referenzspannungsquelle Vref.
Ein Halbleiterelement Q1, das die aktive Eingangsvorrichtung für die Verstärkerschaltung bildet, kann beispielsweise ein bipolarer NPN-Transistor sein (oder ein Anreicherungs-NFET, falls dies bevorzugt wird). Das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen bipolaren NPN-Transistor oder einen Anreicherungs-NFET; dem Fachmann ist aber klar, daß die Erfindung sich nicht darauf beschränkt, und daß ebensogut ein anderer Transistortyp verwendet werden kann. Der Emitter (oder die Source) von Q1 liefert einen Vorspannungsstrom für das MR-Element Rmr. Ein Ende des Widerstands R1 ist mit der Versorgungsspannungsquelle +V verbunden. Das andere Ende von R1 ist an den Kollektor (oder Drain) des Halbleiterelements Q1 angeschlossen (aus Gründen, die weiter unten erläutert werden, über den Transistor Q2, falls ein solcher verwendet wird), um eine Ausgangssignalspannung zu erzeugen. Die Ausgangssignalspannung entspricht einer verstärkten Version des vom MR-Element Rmr erzeugten Eingangssignalstroms, die gleichzeitig mit dem Vorspannungsstrom von Q1 vorgespannt ist, in Anwesenheit von Variationen des magnetischen Flusses aufgrund der auf der rotierenden Platte D aufgezeichneten Binärdaten.
Die Referenzspannung Vref stellt mittels einer aus einem Rückwärtsverstärkungspfad und einem Vorwärtsverstärkungsprad bestehenden Rückkopplungsschaltung einen vorgegebenen Strom durch den Widerstand R1 ein. Der Rückwärtsverstärkungspfad enthält einen operations-Durchgangsleitwertverstärker (OTA) g0, der einem Hauptpol zugeordnet ist. Der Vorwärtsverstärkungspfad enthält das Halbleiterelement Q1, den Widerstand R1 und das MR-Element Rmr.
Der CTA g0 verstärkt die Differenz zwischen den Spannungen am besagten anderen Ende des Widerstands Rq und Vref, die auf die Versorgungsspannungsquelle +V als Steuerstrom am Ausgang bezogen ist. Dieser Steuerstrom lädt und entlädt einen integrierenden Kondensator C1 und erzeugt an der Basis (oder dem Gate) des Halbleiterelements Q1 eine Steuerspannung mit beschränkter Bandbreite.
Diese Bandbreitenbeschränkung der Steuerspannung bewirkt einen allmählichen Niederfrequenzabfall des Frequenzgangs des Vorwärtsverstärkungspfads. Sie steuert auch die Niederfrequenzkomponente (unterhalb der Abfallfrequenz) und die Gleichstromkomponente des Stroms, der von der Versorgungsspannungsquelle +V durch den Widerstand R1, das Halbleiterelement Q1, (das Element Q2, falls ein solches verwendet wird) und das MR-Element Rmr zur Erde fließt. Die Gleichstromkomponente dieses Stroms beschränkter Bandbreite ist der Vorspannungsstrom für das MR-Element Rmr. Die Stärke des Vorspannungsstroms entspricht deshalb näherungsweise Vref/R1.
Die Verstärkung oberhalb des Niederfrequenzabfalls der Verstärkerschaltung ist proportional zum Verhältnis R1/Rmr. Der Kondensator C1 dient auch dazu, von OTA g0 erzeugtes Rauschen zu eliminieren. Der Gleichstromversatz am quasidifferentiellen Ausgang Vout verringert sich proportional zur Verstärkung der Rückkopplungsschleife. Falls Q1 ein NPN-Transistor ist, wird vorzugsweise ein Vorkopplungsstrom verwendet, um den von der Rückkopplungsschleife herrührenden Fehler zu minimieren. Ist Q1 ein NFET, ist kein Vorkopplungsstrom erforderlich. Eine weitere Verstärkung des Signais an Vout ist mit Differentialverstärkern zu erreichen, um den Stromversorgungs-Unterdrückungsfaktor zu optimieren.
Die erfindungsgemäße Verstärkerschaltung minimiert ein Niederfrequenz-Fehlersignal zwischen Vref und der Spannung am besagten einen Ende von Widerstand R1 um an einem Anschluß des MR-Elementes Rmr ein Niederfrequenz-Fehlersignal anzulegen und gleichzeitig den Signalstrom vom MR-Element zu verstärken und an den Widerstand R1 anzulegen. Der gegenüberliegende Anschluß des MR- Elements Rmr und auch das leitende Substrat der Platte D sind geerdet, um transiente Unebenheitsströme zwischen einem streifenförmigen Teil (nicht abgebildet) des MR-Elements Rmr und einer Luftlageroberfläche der zugehörigen Platte D mit vorstehenden leitenden Unebenheiten zu minimieren.
Die Verstärkerschaltung, so wie sie bis jetzt beschrieben wurde, funktioniert zufriedenstellend. Der Vorspannungsstrom zum MR- Element Rmr fließt jedoch fast vollständig durch den Widerstand R1. Bei relativ starken Strömen und einer Versorgungsspannung von 4,5 Volt gibt es deshalb eine Obergrenze für die Größe des Widerstands R1 und damit auch für die Vorwärtsverstärkung des Verstärkers. Der Widerstandswert von Rl kann nur dann vergrößert werden, um die Vorwärtsverstärkung zu erhöhen und das Rauschen zu reduzieren, wenn der durch ihn hindurchfließende Strom verringert wird; dies verringert aber aufgrund der Sättigung des Halbleiterelements Q1 den MR-Vorspannungsstrom auf einen unannehmbar geringen Wert.
Deshalb wird, wie in Fig. 1 zu sehen ist, eine zweite Rückkopplungsschleife eingefügt, so daß die Verstärkerschaltung bei eiern Versorgungsspannung +V von nur 4,5 Volt gleichzeitig stärkere MR-Vorspannungsströme und eine stärkere Vorwärtsverstärkung liefern kann, indem ein zusätzlicher Gleichstrom durch das Element Q1, aber nicht durch den Widerstand R1 geleitet wird. Dies wird durch eine kaskodenstufe erreicht, die aus einem Transistor Q2 und einer Vorspannungsquelle V1 besteht, so daß diese zweite Rückkopplungsschaltung hinzugefügt werden kann.
Die zweite Rückkopplungsschaltung vergleicht mittels eines OTA g1 die Spannung an Vref mit der am negativsten Anschluß von Widerstand R2 (statt der Spannung an Vref kann aber auch die Spannung am negativsten Anschluß von Widerstand R1 verwendet werden). Der Ausgang von OTA g1 wird durch einen integrierenden Kondensator C2 gefiltert, um Frequenzen im interessanten Bereich (d.h. im Datenband) zu eliminieren.
Vorzugsweise wird ein PFET Q3 (oder, falls gewünscht, ein PNP- Transistor mit hohem Betawert) verwendet, um die vom Ausgang von OTA g1 am Kondensator C2 erzeugte Steuerspannung in eine Steuerspannung an Q3 umzuwandeln. Wenn Q3 ein PFET ist, ist der Fehler der Rückkopplungsschleife nahezu null; es muß deshalb kein Vorkopplungsstrom verwendet werden, um den durch beschränkte Verstärkung in der Schleife hervorgerufenen Versatz zu eliminieren. Ist Q3 ein PNP-Transistor, wird vorzugsweise ein Vorkopplungsstrom benutzt, um einen solchen Fehler zu eliminieren.
Da der Strom durch Widerstand R2 mit dem Strom identisch ist, den Q3 am Emitter von Transistor Q2 liefert, ist klar, daß durch Anpassung des Wertes von Widerstand 2 ein zusätzlicher vorgegebenen Niederfrequenz-Vorspannungsgleichstrom zum bestehenden Vorspannungsstrom hinzugefügt werden kann. Da die Impedanz von Q3 am Emitter von Transistor Q2 wesentlich höher ist als die Impedanz des Kaskodeneingangs (am Emitter von Q2), wird fast der ganze vom MR-Element Rmr kommende Signal-Wechselstrom zum Widerstand R1 geleitet. Dadurch kann der gesamte Signalstrom durch R1 fließen, und R1 kann einen höheren Widerstandswert haben als dies ohne die zweite Rückkopplungsschaltung möglich wäre. Die Vorwärtsverstärkung der Verstärkerschaltung kann somit wunschgemäß bei geringerem Rauschen höher sein und der Vorspannungsstrom kann so hoch sein wie für das MR-Element erforderlich.
In Fig. 2 ist eine Abwandlung der Verstärkerschaltung aus Fig. 1 dargestellt. Sie eignet sich für den Einsatz in einem Plattenspeichersystem mit mehreren MR-Elementen, von denen Signale selektiv gelesen werden müssen. Sie eignet sich außerdem auch für den Einsatz in einem Plattenspeichersystem mit einem Sektorservo, in dem in einem Standby- oder Leerlaufzustand zwischen dem Lesen der Sektoren von Servodaten Energie gespart werden muß.
Speziell ist in Fig. 2 zu sehen, wie das Umschalten in einem Plattenspeichersystem mit zwei MR-Elementen Rmrl und Rmr2 zu bewerkstelligen ist, um eine schnelle Erholung beim Umschalten zwischen den MR-Elementen und beim Umschalten vom Standby- Zustand auf ein MR-Element zum Zweck des Auslesens von Daten zu erreichen.
Die Verstärkerschaltung in Fig. 2 besteht aus zwei Eingangsstufen und einer Ausgangsstufe. Die erste Eingangsstufe besteht aus dem Element Q1 und Schalt-FETs T1 und T3 und bedient das MR- Element Rmr1. Die zweite Eingangsstufe besteht aus einem Transistor Q4 und den Schalt-FETS T2 und T4 und bedient das MR-Element Rmr2. Die Schalt-FETs T5 und T6 dienen dazu, den Betrieb nur im Standby-Zustand zu erleichtern; die FETs T1, T2, T3 und T4 hingegen sollen sowohl den Standby-Betrieb als auch das Schalten der MR-Elemente erleichtern. Die Referenzspannung Vref in Fig. 1 wurde durch eine Referenzstromquelle J1 und einen Widerstand R3 ersetzt. Ein Kondensator C3 soll das durch J1 oder R3 verursachte Rauschen im Datenband beseitigen. Die Stromquelle J1 ist vorzugsweise als Spannungs-Strom-Wandler realisiert, wobei die Spannung entweder eine Zener-Referenzspannung oder eine Bandabstand-Referenzspannung ist. Falls gewünscht, kann die Stromquelle J1 aber auch ein anderer einstellbarer Strom sein, z.B. ein Strom, der von einem lasergetrimmten Widerstand oder von einem durch verschmelzbare Verbindungen getrimmten Digital-Analog- Wandler erzeugt wird.
Wenn bei der Vorspannung des MR-Elements Rmr1 ein stetiger Zustand erreicht ist, hat Knoten N1 bewirkt, daß FET T1 den Steuerenanschluß von Element Q1 mit dem Kondensator C1 verbindet, und Knoten N3 hat bewirkt, daß FET T3 den Steueranschluß von Q1 von der Erde trennt. Knoten N2 hat bewirkt, daß FET T2 den Steueranschluß von Q4 vom Kondensator C1 trennt, und Knoten N4 hat bewirkt, daß FET T4 den Steueranschluß von Q4 mit der Erde verbindet. Knoten 5 hat bewirkt, daß FET T5 den Steueranschluß von Q3 mit Kondensator C2 verbindet&sub1; und Knoten N6 hat bewirkt, daß FET T6 den Steueranschluß von Q3 von der Versorgungsspannung V trennt.
Wenn OTA g0 und g1 im normalen Lesemodus aktiv sind, haben ihre Endströme 10 und 11 eine Stärke, die für die erforderlichen Scleifenbandbreiten geeignet ist. Der Begriff "Endstrom" schließt hier den Vorspannungsstrom ein, der den Durchgangsleitwert des QTA steuert.
Das Halbleiterelement Q4 kann wie Q1 entweder ein bipolarer NPN- Transistor oder ein Anreicherungs-NFET sein. Beim Schalten von MR-Element Rmrl auf Rmr2 trennt Knoten N4 den Steueranschluß von Element Q4 von der Erde, Knoten N1 trennt den Steueranschluß von Q1 von Kondensator C1, Knoten N2 verbindet den Steueranschluß von Q4 mit C1, und Knoten N3 verbindet den Steueranschluß von Q1 mit der Erde.
An diesem Schaltvorgang sind die Knoten N5 und N6 nicht beteiligt, und die Stärke des Endstroms I1 von OTA g1 und sein Betriebszustand bleiben unverändert. OTA g0 kann einer vorübergehenden Verstärkung des Endstroms IG ausgesetzt sein, um eine höhere Schleifenverstärkung in der entsprechenden Rückkopplungsschleife zu erzielen, so daß eine schnellere Erholung möglich ist. Die Erholungsrate ist direkt mit der Zeit korreliert, die benötigt wird, um die Spannung am Kondensator C1 von seinem vorherigen, für das MR-Element Rmr1 benötigten Wert in den neuen, für das MR-Element Rmr2 benötigten Wert zu ändern. Die Spannung am Kondensator C2 ist in beiden Fällen gleich; es besteht also keine Notwendigkeit, die Schleifenverstärkung der Rückkopplungsschleife, die OTA g1 enthält, zu erhöhen.
Für den Standby-Betrieb mit MR-Element Rmr2 muß zuerst im Lesemodus ein stetiger Zustand erreicht werden. Um zwischen dem Lesen der Sektorservodaten in einem Sektor und denen im nächsten Sektor Energie zu sparen, kann dann der Strom durch MR-Element Rmr2 vorübergehend abgeschaltet werden. Dies geschieht durch gleichzeitige Deaktivierung von OTA g0 und g1, indem die Endströme I0 und I1 eliminiert und die Bedingungen der Steuerknoten N2, N4, N5 und N6 so geändert werden, daß sich die Funktionen der FETs T2, T4, T5 und T6 umkehren, so daß jetzt die bisher bestehenden Verbindungen aufgelöst und die bisher getrennten Elemente verbunden werden. Dadurch ist es möglich, die Spannungen an den Kondensatoren C1 und C2 auf dem bestehenden Niveau zu halten, bis beim Betrieb im nächsten Lesemodus die nächsten Sektorservodaten zu lesen sind. Die einzige Schaltung, die aktiviert ist und Energie verbraucht, ist die Referenzstromquelle J1. Dadurch wird die Spannung am Kondensator C3 auf dem für die nächste Leseoperation benötigten, richtigen Potential gehalten. Das Umschalten vom Standby-Zustand in den Lesemodus beinhaltet eine Umkehr des gerade beschriebenen Prozesses zum Umschalten vom Lesemodus in den Standby-Zustand.
Es ist also zu sehen, daß beide erfindungsgemäßen und in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Verstärkerschaltungen eine Eingangsstufe, ein Schaltmittel, eine Referenzspannung und mindestens eine Rückkopplungsschleife enthalten. Falls gewünscht, kann auch ein Trennwiderstand Ri zwischen den gemeinsamen Anschluß jedes MR- Elements und des Kondensators C1 und die Erde eingefügt werden, um Rauschen verursachende Erdschleifenströme zu unterdrücken, welche zwischen der Verstärkerschaltung und dem geerdeten Substrat der Platte D oder auf dem Pfad parallel zur Verdrahtung zwischen der Verstärkerschaltung und dem MR-Element bzw. den MR- Elementen vorhanden sein können.
Die Kaskodenstufe stellt auch ein Mittel zum Anschluß mehrerer Eingangsstufen mit MR-Elementen (wie Rmr1 und Rmr2) am Emitter des Kaskodentransistors Q2 an die gemeinsame Ausgangsstufe mit Q2 am Kollektor von Q2 dar.
In Fig. 3A, 3B und 3C enthält eine Kopf-/Platteneinheit (HDA) 10 mehrere MR-Elemente Rmr, von denen mindestens eines mit jeder Platte D von einem drehbar auf einer Spindel 12 gelagerten Plattenstapel assoziiert ist, einen Arm 14, ein Armelektronikmodul 16 mit Flachkabelleitungen von einem Anschluß 17 zu den betreffenden MR-Elementen, und die Spulenanschlußdrähte 18.
Einem Merkmal der vorliegenden Erfindung entsprechend ist HDA 10 vollständig in einer hochleitfähigen elektrostatisch abgeschirmten Metallkapsel 20 eingeschlossen. Kapsel 20 dient als Faradayscher Käfig zur Abschirmung, da der Eintakteingang zu den Verstärkerschaltungen in Fig. 1 und Fig. 2 keine Gleichtaktunterdrückung besitzen. Kapsel 20 isoliert die Leitungen, die die MR- Elemente mit der Verstärkerschaltung verbinden, gegen starke Spannungsänderungen mit kurzer Anstiegs-/Abfallzeit. Kapsel 20 hält elektromagnetischen Störungen, kapazitives Durchschlagen digitaler Schaltgeräusche, Spindelmotor-Antriebsgeräusche und Armantriebsgeräusche fern. Kapsel 20 ist möglichst nahe bei der Stelle, an der die 0-Volt-Zuleitung für Modul 16 in die Kapsel hereingeführt wird, geerdet (durch Anschluß an die Systemerde oder eine 0-Volt-Leitung). Um die Abschirmung zu vervollkommnen, ist das Fenster 22 für Servo-Schreiben in Kapsel 20 mit einem leitenden Film 24 überzogen. Die Verdrahtung zu Arm 14 und die Verdrahtung 26 zum Spindelmotor 12 sollte außerhalb der Kapsel 20 liegen. Auf diese Weise werden keine Schaltsignale über interne Leitungen übertragen, während die Verstärkerschaltung Daten oder Servosignale von der Platte liest.
Da der Lesevorspannungsstrom einen festen Wert hat und die Verstärkerschaltung eine geringe Eingangsimpedanz (z.B. wenige Ohm) besitzt und den vom vorgespannten MR-Element erzeugten Signalstrom mißt, ist es klar, daß diese Kombination von Vorspannung und Messung eine dR/R-Erkennung wie in US-Patentschrift 4,706,138 liefert. Dies hat den Vorteil, daß das Ausgangssignal Vout der Verstärkerschaltung relativ unempfindlich gegenüber Signaländerungen aufgrund von Variationen in der Streifenhöhe des MR-Elements ist.
Dem Fachmann ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele für ein Plattenspeichersystem beschränkt ist. Die Erfindung kann ebensogut auch in anderen Magnetspeichersystemen eingesetzt werden.

Claims

1. Eine Schaltung zur Vorspannung und Verstärkung von Signalen, die von einem magnetoresistiven Element (Rmr) mit zwei Anschlüssen erzeugt werden, bestehend aus

einem ersten Widerstand (R1) zur Ermittlung des Verstärkungs grads der Schaltung;

einer einzigen Versorgungspannungsquelle (+V), die mit einem Anschluß des ersten Widerstands (R1) verbunden ist;

auf die Versorgungsspannung (+V) bezogenen Mitteln zur Erzeugung einer Referenzspannungsquelle (Vref);

einem ersten Durchgangsleitwertverstärker (g0), von dem ein Eingang mit der Referenzspannungsquelle (Vref) und ein anderer Eingang mit dem anderen Anschluß des ersten Widerstands verbunden ist, und der auf die Spannungen an den Eingängen reagiert, um die Stromabgabe des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) zu verändern;

einem ersten Transistorelement (Q1) mit einem ersten Anschluß, der mit dem anderen Anschluß des ersten Widerstands (R1) verbunden ist, einem zweiten Anschluß, der mit dem ersten Anschluß des magnetoresistiven Elements (Rmr) verbunden ist, und einem Steueranschluß, der auf die Stromabgabe des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) reagiert, zur Steuerung des zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß des ersten Transistorelements (Q1) fließenden Stroms, wobei der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß fließende Strom zunimmt, um die Spannungen am ersten Widerstand (R1) zu verringern;

einem ersten Kondensator (C1), der zwischen den Ausgang des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) und den zweiten Anschluß des magnetoresistiven Elements (Rmr) geschaltet ist, um das Rauschen und die Bandbreite des ersten Durchgangsleitwertverstärkers (g0) zu beschränken; und

Mitteln zur Erzeugung einer Rückleitungsschaltung zur Erde vom zweiten Anschluß des magnetoresistiven Elements (Rmr).

2. Eine Schaltung gemäß Anspruch 1, die außerdem folgende Elemente enthält:

einen zweiten Widerstand (R2), von dem ein Anschluß mit der Versorgungsspannungsquelle (+V) verbunden ist;

einen zweiten Durchgangsleitwertverstärker (g1) mit einem ersten an die Referenzspannungsquelle (Vref) angeschlossenen Eingang und einem zweiten an den anderen Anschluß des zweiten Widerstands (R2) angeschlossenen Eingang, der auf die Spannungen an den Eingängen reagiert, um die Stromabgabe vom zweiten Durchgangsleitwertverstärker (g1) zu verändern;

ein zweites Transistorelement (Q3) mit einem ersten an das andere Ende des zweiten Widerstands (R2) angeschlossenen Anschluß, einem zweiten an den ersten Anschluß des ersten Halbleiterelements (Q1) angeschlossenen Anschluß und einem Steueranschluß, der auf die Stromabgabe des zweiten Durchgangsleitwertverstärkers (g1) reagiert, um den zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß des zweiten Transistorelements (Q3) fließenden Strom zu steuern, wobei der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluß fließende zunimmt, um die Spannungen am zweiten Widerstand (R2) zu verringern;

einem zwischen den Ausgang des zweiten Durchgangsleitwertverstärkers (g1) und die Spannungsquelle geschalteten zweiten Kondensator (C2) zur Begrenzung des Rauschens und der Bandbreite des zweiten Durchgangsleitwertverstärkers (g1).

3. Eine Schaltung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Mittel zur Erzeugung einer Rückleitungsschaltung zur Erde einen Widerstand (Ri) enthält.

4. Eine Schaltung gemäß Anspruch 1 bis 3, die außerdem eine Kaskodenstufe (Q2,V1) zwischen dem ersten Anschluß des ersten Transistorelements (Q1) und dem anderen Anschluß des ersten Widerstands (R1) und dem Eingang des ersten daran angeschlossenen Durchgangsleitwertverstärkers (g0) besitzt.

5. Eine Schaltung gemäß Anspruch 1 bis 4, bei der die Transistorelemente (Q1,Q3) bipolare NPN-Transistoren sind, die so angeordnet sind, daß die Kollektoren die ersten Anschlüsse, die Emitter die zweiten Anschlüsse und die Basen die Steueranschlüsse bilden.

6. Eine Schaltung gemäß Anspruch 1 bis 4, bei der die Transistorelemente (Q1,Q3) Anreicherungs-NFETS sind, die so angeordnet sind, daß jeweils der Drain den ersten Anschluß, die Source den zweiten Anschluß und das Gate den Steueranschluß bilden.

7. Ein Magnetspeichersystem mit einer Schaltung gemäß den vorigen Ansprüchen,

wobei mindestens eine Aufzeichnungsfläche ein leitendes Substrat besitzt und die Oberfläche von einem magnetoresistiven Element (Rmr) gelesen werden kann; und

in dem das magnetoresistive Element (Rmr) und das leitende Substrat geerdet sind, um den transienten Unebenheitsstrom zwischen einem streifenförmigen Teil des NR-Elements und der Aufzeichnungsoberfläche wesentlich zu minimieren.

8. Ein Magnetspeichersystem gemäß Anspruch 7, das außerdem folgende Komponenten besitzt:

ein Magnetkopfelement, das die Aufzeichnungsoberfläche und das MR-Element enthält; und

eine leitende elektrostatisch abgeschirmte Kapsel, welche das Nagnetkopfelement im wesentlichen umschließt, um die Leitungen, welche das NR-Element mit der Schaltung verbinden, gegen transiente Spannungsänderungen isoliert.

9. Ein Nagnetspeichersystem gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem die Aufzeichnungsoberfläche formatiert ist und die Verstärkerschaltung auf die Formatierung reagiert, um die Verstärkerschaltung zu aktivieren oder zu deaktivieren, so daß die Verlustleistung während des Lesens der formatierten Aufzeichnungsoberfläche wesentlich reduziert wird.