磁頭驅動電路、磁記錄再現裝置和再現頭保護方法
2023-04-27 03:45:16
專利名稱：磁頭驅動電路、磁記錄再現裝置和再現頭保護方法
技術領域：
本發明涉及對磁記錄介質記錄、再現數據的磁記錄再現裝置，特別涉及其再現頭的保護技術。
背景技術：
作為在近年來的電子設備內部使用的記錄介質，多使用以硬碟為代表的磁記錄再現裝置。在這樣的磁記錄再現裝置中，對用於再現磁記錄的數據的磁頭使用MR(Magneto Resistive，磁阻)元件。MR元件的電阻值由於磁通的變化而變化，因此通過在流過規定的偏置電流的狀態下測定兩端的電壓，從而能夠將記錄在磁記錄介質上的信息變換成電壓而讀出。
已知這樣的MR元件的耐壓低，對於靜電等噪聲非常弱(專利文獻1)。另一方面，隨著磁記錄再現裝置的容量的增大，作為MR元件逐漸使用可高密度化的GMR(Giant Magneto Resistive，巨磁阻)元件、TMR(TunnelingMagneto Resistive，隧道磁阻)元件等，但這些元件耐壓更低，其保護技術成為重要的課題。
專利文獻1日本專利特開平6-176558號公報發明內容在具有上述MR元件的磁記錄再現裝置中，存在如下的課題。
圖6表示一般的磁記錄再現裝置的磁頭周邊部分的結構。如圖6所示，磁記錄再現裝置100中設有再現頭10和記錄頭12，並包括對各個磁頭提供偏置的磁頭驅動電路200。磁頭驅動電路200包含再現頭驅動電路14以及記錄頭驅動電路16，它們被集成為一體。
再現頭10和記錄頭12被接近於作為磁記錄介質的盤而設置，另一方面，磁頭驅動電路200被設置在遠離磁頭的位置的情況很多，其之間由四條布線Rx、Ry、Wx、Wy圍繞。由於這些布線以數釐米的距離互相接近圍繞，因此布線之間的寄生電容不能被忽視。
這裡，在磁記錄再現裝置100進行記錄工作的情況下，記錄頭驅動電路16高速地轉換(switching)流入記錄頭12的寫入電流，但該寫入電流經由上述布線之間的寄生電容而對再現頭10一側的布線Rx、Ry進行串擾。其結果，再現頭10兩端的電壓隨著記錄工作時的寫入電流的轉換而變動，因此可能對再現頭10的壽命、可靠性產生影響。
這裡，為了保護再現頭10，考慮將在記錄工作時對再現頭10提供恆流的恆流源接地，並且將再現頭10的兩端的電位固定的方法。但是在該方法中，在轉移到再現工作時，恢復恆流源消耗時間，存在妨礙高速的記錄、再現的問題。此外，在設置了用於高速恢復的電路的情況下，電路的規模增大。
本發明鑑於這樣的課題而完成，其目的在於提供一種在磁記錄再現裝置中用於對再現頭進行保護而不會對電路工作產生影響的技術。
本發明的某一方式涉及磁頭驅動電路。該磁頭驅動電路包括第一、第二端子，應被連接在再現頭元件的兩端；可變阻抗元件，與再現頭元件並聯連接在第一、第二端子之間；以及控制部分，控制可變阻抗元件的阻抗。控制部分在記錄工作中降低可變阻抗元件的阻抗。
根據該方式，在磁記錄再現裝置所使用的磁頭驅動電路中，通過降低在記錄工作中與再現頭元件並聯設置的可變阻抗元件的阻抗，從而能夠降低第一、第二端子之間的有效的電阻值，並且通過降低對再現頭元件施加的電壓從而能夠保護再現頭元件。
可變阻抗元件的記錄工作中的阻抗也可以被設定為與再現頭元件的阻抗相同程度或其以下。
可變阻抗元件可以是漏極、源極分別連接在第一、第二端子，而且柵極連接在控制部分的MOS電晶體。
通過控制部分，在記錄工作時使MOS電晶體的柵極-源極間電壓比閾值電壓大，從而能夠使電晶體導通，在第一、第二端子之間插入與電晶體的導通電阻相當的電阻。其結果，由於在記錄工作時流入再現頭元件的電流的一部分流入MOS電晶體，因此能夠保護再現頭元件。此外，由於MOS電晶體截止時的電阻值非常高，因此能夠降低在再現工作時對電路產生的影響。
可變阻抗元件也可以包含P型MOS電晶體，其漏極、源極分別連接到第一、第二端子，柵極連接在控制部分；以及N型MOS電晶體，其源極、漏極分別連接到第一、第二端子，柵極連接在控制部分。
通過在第一、第二端子之間並聯連接P型MOS電晶體和N型MOS電晶體，從而不論第一、第二端子被設定在哪個電位的情況下，由於至少一個MOS電晶體能夠導通，因此能夠更可靠地實現再現頭元件的保護。
本發明的其他方式是磁頭驅動電路。該磁頭驅動電路包括第一、第二端子，應被連接在再現頭元件的兩端；以及電壓箝位元件，與再現頭元件並聯連接在第一、第二端子之間，磁頭驅動電路使電壓箝位元件工作，以使在記錄工作中對再現頭元件施加的電壓成為規定的電壓以下。
根據該方式，即使在記錄工作中被提供給記錄頭的電流信號通過串擾而混入到再現頭一側的情況下，通過防止在再現頭元件上施加超過規定電壓的電壓，從而能夠保護再現頭元件。
本發明的其它方式是磁記錄再現裝置。該裝置具有上述磁頭驅動電路。
本發明的其它方式是對保護方法磁記錄介質記錄、再現數據的磁記錄再現裝置的再現頭保護方法。該再現頭保護方法在記錄工作中將再現頭元件的兩端阻抗降低。
根據該方式，在記錄工作中，即使在再現頭一側流過由於串擾等而引起的電流，由於阻抗低，因此也能夠將再現頭元件兩端的壓降抑制得小，並且能夠保護再現頭元件。
另外，以上的構成元件的任意組合或本發明的構成元件或在方法、裝置、系統等之間相互置換表現的結果，作為本發明的方式都有效。
根據本發明的磁頭驅動電路、磁記錄再現裝置以及再現頭保護方法，在磁記錄再現裝置中能夠保護再現頭而不會對電路工作產生影響。
圖1是表示本實施方式的磁記錄再現裝置的結構的電路圖。
圖2是表示可變阻抗元件的結構的電路圖。
圖3是表示不使可變阻抗元件工作的情況下的寫模式時的各布線Rx、Ry、Wx、Wy的信號波形的圖。
圖4是表示在實施方式的磁記錄再現裝置中，使可變阻抗元件工作的情況下的寫模式時的各布線Rx、Ry、Wx、Wy的信號波形的圖。
圖5是表示可變阻抗元件的結構的變形例的電路圖。
圖6是一般的磁記錄再現裝置的磁頭周邊部分的結構圖。
標號的說明10再現頭，12記錄頭，14再現頭驅動電路，16記錄頭驅動電路，18控制部分，20可變阻抗元件，100磁記錄再現裝置，200磁頭驅動電路。
具體實施例方式
圖1是表示實施方式的磁記錄再現裝置100的結構的電路圖。該磁記錄再現裝置100是將信息寫入未圖示的磁碟中，或者讀出信息的硬碟裝置，包含再現頭10、記錄頭12、磁頭驅動電路200。
在該磁記錄再現裝置100中，記錄頭12上安裝有線圈，並且被與高速旋轉的磁碟接近配置。在該記錄頭12的線圈中流過與應記錄的信息對應的信號電流時，產生感應磁場，磁碟由從磁隙中漏出的磁通而磁化，從而寫入信息。
再現頭10包含阻值根據磁通而變化的MR元件，由於其電阻值根據從對應於寫入的信息而被磁化的磁碟中發生的磁通而變化，因此能夠將磁信號變換為電信號後讀出。
磁頭驅動電路200是用於驅動控制再現頭10以及記錄頭12的電路，將再現頭驅動電路14、記錄頭驅動電路16、控制部分18、可變阻抗元件20集成為一體。該磁頭驅動電路200進行分時切換，以在再現工作時切換為讀模式，在記錄工作時切換為寫模式。
記錄頭驅動電路16通過寫入布線Wx、Wy與記錄頭12連接。記錄頭驅動電路16在寫模式時成為有效(active)，根據寫入磁碟中的信息來控制記錄頭12中流過的電流。
與再現頭驅動電路14的輸入輸出端子相當的第一端子102以及第二端子104通過讀入布線Rx、Ry與再現頭10連接。再現頭驅動電路14在讀模式時成為有效，對再現頭10提供一定的偏置電流Ibias。再現頭的MR元件的電阻值依賴於磁碟的磁通而變化，如果將該電阻值寫作Rmr，則再現頭10的兩端的壓降Vmr由Vmr＝Rmr×Ibias得到。通常，MR元件的電阻值為數十Ω左右，通過流過數mA的偏置電流從而能夠得到0.1V到1V左右的壓降。再現頭驅動電路14通過將再現頭10的壓降、即第一端子102以及第二端子104之間的電壓進行差動放大而被寫入磁碟中的信息作為電信號取出。
讀入布線Rx、Ry以及寫入布線Wx、Wy從磁頭驅動電路200到再現頭10以及記錄頭12之間被平行地鋪設在FPC(Flexible Printed Circuit，柔性印刷電路板)上。從而，在各布線之間存在未圖示的寄生電容。
可變阻抗元件20被設置在第一端子102以及第二端子104之間，其阻抗相應於從控制部分18輸入的控制信號Vcnt而變化。控制部分18對可變阻抗元件20輸出控制信號Vcnt，在讀模式中分別將可變阻抗元件20的阻抗設定得高，在寫模式中將可變阻抗元件20的阻抗設定得低。
圖2是表示可變阻抗元件20的結構的電路圖。將寫模式時的第一端子102以及第二端子104的電壓分別設為Vx、Vy時，Vx-Vy＝Vmr成立。
在圖2中，可變阻抗元件20由N型MOS電晶體構成。該MOS電晶體的漏極以及源極分別連接到第一端子102以及第二端子104，並且在柵極上被輸入從控制部分18輸出的控制信號Vcnt。
控制部分18作為控制信號Vcnt，在寫模式中輸出高電平，在讀模式中輸出低電平。作為控制信號Vcnt，高電平被輸出，如果Vcnt-Vy＞Vt，則作為可變阻抗元件20的MOS電晶體導通。這裡，Vt是MOS電晶體的柵極-源極閾值電壓。
MOS電晶體的柵極長度以及柵極寬度設定為，使漏極-源極間的導通電阻Ron與連接在第一端子102以及第二端子104之間的再現頭10的電阻值Rmr相同程度或為其以下。
圖2的可變阻抗元件20也可以由P型的MOS電晶體構成。在該情況下，將源極以及漏極分別連接到第一端子102以及第二端子104。作為控制信號Vcnt，在寫模式下從控制部分18輸出低電平，在讀模式下從控制部分18輸出高電平。作為控制信號Vcnt輸出低電平，如果Vx-Vcnt＞Vt，則作為可變阻抗元件20的MOS電晶體導通。
下面說明如以上這樣構成的磁頭驅動電路200以及磁記錄再現裝置100的工作。為了使本發明的效果更明確，首先說明不使可變阻抗元件20工作的情況。圖3表示不使可變阻抗元件20工作的情況下的寫模式時的各布線Rx、Ry、Wx、Wy的信號波形。
在圖3中，橫軸表示時間，縱軸表示電流、電壓。縱軸、橫軸的刻度為了容易觀看而根據需要進行了放大、縮小，因此與實際的刻度不同。
在寫模式下，在記錄頭12中流過電流，該電流的方向相應於寫入磁碟的數據而反轉。從而，如圖3所示，在寫入布線Wx、Wy中出現的信號呈現相應於電流的方向而變化的時間波形。
另一方面，在寫模式中，經由讀入布線Rx、Ry，從再現頭驅動電路14對再現頭10提供一定的偏置電流Ib。在寫模式下，由於再現頭10不受磁碟的磁場的影響，因此再現頭10的電阻值Rmr成為一定值。從而，讀入布線Rx、Ry的電壓波形Vx、Vy都應取一定值。
但是，如上所述，由於讀入布線Rx、Ry以及寫入布線Wx、Wy被接近設置，因此通過布線之間的寄生電容，寫入布線Wx、Wy的信號分量經由寄生電容耦合到讀入布線Rx、Ry中。其結果，如圖3所示，讀入布線Rx、Ry中分別出現在寫入布線Wx中傳播的信號分量。這裡，由於各布線之間的寄生電容與其距離呈反比例，因此比寫入布線Wx近的讀入布線Ry的信號分量表現得大，反之在遠的讀入布線Rx中，振幅表現得小。
如圖3所示，第一端子102以及第二端子104之間的電壓Vmr由偏置電流Ib引起的直流分量Ib×Rmr和圖中ΔV所示的布線之間的串擾而引發的信號分量的合計得到。該第一端子102以及第二端子之間的電壓Vmr被施加到再現頭10。圖3中虛線所示的電壓Vth如果假定為再現頭10的耐壓，則在由於布線之間的串擾而耦合了大的信號的情況下，發生超過再現頭10的MR元件的耐壓的電壓，可能對再現頭10的可靠性帶來影響。
為了保護再現頭10，在圖1以及圖2所示的本實施方式的磁記錄再現裝置100中，使用可變阻抗元件20抑制對再現頭10施加的電壓。以下，說明其工作。
在讀模式中，由於控制部分18輸出低電平作為控制信號Vcnt，因此作為可變阻抗元件20的MOS電晶體截止。此時的MOS電晶體的漏極-源極之間的阻抗相對於再現頭10的阻抗大幾位，因此在寫入時能夠忽視其影響。
在從讀模式切換為寫模式時，控制部分18將控制信號Vcnt切換為高電平。其結果，作為可變阻抗元件20的MOS電晶體導通，漏極-源極之間的阻抗成為導通電阻Ron。其結果，在圖2中，在第一端子102以及第二端子104上連接電阻值Ron的元件。即，在寫模式時，第一端子102以及第二端子104之間的阻抗Zr為Zr＝Rmr×Ron/(Rmr+Ron)。這裡，例如假設MOS電晶體的導通阻抗Ron與再現頭10的阻抗Rmr相等，則第一端子102以及第二端子104之間的阻抗Zr為Zr＝Rmr/2，成為不設置可變阻抗元件20的情況下的1/2倍。
圖4表示在本實施方式的磁記錄再現裝置100中，使可變阻抗元件20工作的情況下的寫模式時的各布線Rx、Ry、Wx、Wy的信號波形。
在讀入布線Rx、Ry的電壓Vx、Vy中，與圖3的情況同樣，存在來自寫入布線Wx、Wy的信號耦合，出現其信號分量。
這裡，著眼於讀入布線Rx、Ry之間的電位差。如上所述，在寫模式下，第一端子102、第二端子104之間的阻抗成為不使可變阻抗元件20工作的情況下的1/2。因此，在第一端子102以及第二端子104之間，即再現頭10的兩端施加的電壓Vmr的直流分量成為Vmr＝Ib×Zr＝Ib×Rmr/2，其成為圖3所示的不設置可變阻抗元件20的情況下的1/2。
進而，由於第一端子102、第二端子104之間的阻抗變低，因此從寫入布線Wx、Wy分別耦合在讀入布線Rx以及Ry中的信號分量的振幅ΔVx、ΔVy為相同程度。此時，在再現頭10的兩端施加的電壓Vmr中，由布線之間的串擾引發的信號分量ΔV的振幅也變小。
其結果，由於第一端子102以及第二端子104之間的電位差Vmr低於由虛線表示的再現頭10的耐壓Vth，因此即使在由於布線之間的串擾而從寫入布線Wx、Wy對讀入布線Rx、Ry耦合了大的信號的情況下，也能夠防止發生超過了再現頭10的MR元件的耐壓的電壓，並且能夠保護再現頭10。
如以上這樣，根據本實施方式的磁記錄再現裝置100，在連接再現頭10的第一端子102、第二端子104之間設置可變阻抗元件，在不使用再現頭10的寫模式時，通過降低其阻抗從而能夠減少在再現頭10中流過的電流，並且限制施加的電壓，並且可以保護再現頭10。
此外，根據本實施方式，由於在寫模式時在再現頭10中也繼續提供偏置電流Ib，因此不需要停止再現頭驅動電路14內部的恆流源的工作。其結果，在從寫模式切換到讀模式時，由於不發生與恆流源的再起動相伴的時間延遲，因此能夠迅速地轉移到讀模式。
寫模式和讀模式之間的切換時間影響到對磁碟寫入、讀入數據的速度。與以往這樣在進行再現頭驅動電路14內部的恆流源的停止、起動的情況下所需的數微秒相比，如本實施方式的磁記錄再現裝置100這樣，將MOS電晶體用作可變阻抗元件20的情況下，阻抗的切換所需的時間成為數百納秒以下的數量級。從而，與以往相比，能夠在短時間內切換記錄、再現，並且能夠保護再現頭10而不會招致磁記錄再現裝置100的速度降低。
上述實施方式為例示，本領域技術人員應當理解，這些各構成元件和各處理過程的組合可以有各種變形例，而且這樣的變形例也屬於本發明的範圍。
例如，在實施方式中，由單一的MOS電晶體構成可變阻抗元件20，但也可以如圖5所示這樣構成。圖5是表示可變阻抗元件20的結構的變形例的電路圖。在圖5的變形例中，可變阻抗元件20包含N型的MOS電晶體20n以及P型的MOS電晶體20p。
P型MOS電晶體20p的漏極、源極分別連接到第一端子102、第二端子104。而且，N型MOS電晶體20n的源極、漏極分別連接到第一端子102、第二端子104。在這些MOS電晶體20n、20p的柵極上輸入從控制部分18輸出的控制信號Vcnt、Vcnt』。
控制部分18作為控制信號Vcnt，在寫模式中輸出高電平，在讀模式中輸出低電平。此外，作為控制信號Vcnt』，在寫模式中輸出低電平，在讀模式中輸出高電平。其結果，在寫模式中，MOS電晶體20n、20p兩者截止，在讀模式中MOS電晶體20n、20p兩者導通。
這樣，通過並聯設置N型和P型的MOS電晶體，從而能夠降低寫模式時的第一端子102和第二端子104之間的阻抗Zr，並且能夠降低對再現頭10施加的電壓。
進而，在寫入布線Rx、Ry的電位Vx、Vy由於串擾引起的信號分量而變動的情況下等，認為其中一個MOS電晶體的柵極-源極間電壓變動，電晶體截止。這裡，通過並聯設置兩個互補的電晶體，從而由於其中一個電晶體持續導通，因此能夠進行更可靠的再現頭10的保護。
在實施方式中，可變阻抗元件20的阻抗被設定得與再現頭10的阻抗Rmr相等，但不限定於此。該阻抗的值根據再現頭10的耐壓Vth、串擾引起的信號分量的振幅等而適當地決定即可。
在由MOS電晶體構成可變阻抗元件20的情況下，由於由電晶體的大小、即柵極長度以及柵極寬度決定導通電阻Ron，因此最好也考慮其面積來決定導通電阻Ron。
此外，在實施方式中，作為可變阻抗元件20，以MOS電晶體為例進行了說明，但也可以使用其它的一般使用的可變阻抗元件。
進而，可變阻抗元件20和控制部分18，可以如圖1所示這樣與磁頭驅動電路200集成為一體，也可以在其外部另外構成。關於採樣哪種結構，根據半導體的製造工藝和要求的特性、成本等來選擇即可。
進而，本實施方式的磁頭驅動電路200以及使用它的磁記錄再現裝置100可以歸納如下。即，可變阻抗元件20也可以考慮在應連接到再現頭10的兩端的第一端子102、第二端子104之間進行電壓箝位，以使在寫模式中施加到再現頭10的電壓成為規定的電壓以下的箝位元件。從而，代替可變阻抗元件，或者與可變阻抗元件一同，與再現頭10並聯設置具有其它的電壓箝位功能的電路元件，並在寫模式下使其工作，從而也能夠得到同樣的效果。
在實施方式中，說明了使用磁碟的磁記錄再現裝置100，但本發明的再現頭保護技術不限定於此，作為其它的磁記錄介質同樣可以也可以應用於圓盤形的軟盤存儲裝置、螺旋掃描型的圖像記錄裝置(VTR)、或者卡式磁卡等中。
產業上的可利用性根據本發明的磁頭驅動電路、磁記錄再現裝置以及再現頭保護方法，在磁記錄再現裝置中，能夠保護再現頭而不對電路工作產生影響。
權利要求
1.一種磁頭驅動電路，其特徵在於，包括第一、第二端子，應被連接在再現頭元件的兩端；可變阻抗元件，與所述再現頭元件並聯連接在所述第一、第二端子之間；以及控制部分，控制所述可變阻抗元件的阻抗，所述控制部分在記錄工作中降低所述可變阻抗元件的阻抗。
2.如權利要求1所述的磁頭驅動電路，其特徵在於，所述可變阻抗元件的記錄工作中的阻抗被設定為與所述再現頭元件的阻抗相同程度或其以下。
3.如權利要求1所述的磁頭驅動電路，其特徵在於，所述可變阻抗元件是漏極、源極分別連接在所述第一、第二端子，而且柵極連接在所述控制部分的MOS電晶體。
4.如權利要求1所述的磁頭驅動電路，其特徵在於，所述可變阻抗元件包含P型MOS電晶體，其漏極、源極分別連接到所述第一、第二端子，柵極連接在所述控制部分；以及N型MOS電晶體，其源極、漏極分別連接到所述第一、第二端子，柵極連接在所述控制部分。
5.一種磁頭驅動電路，其特徵在於，包括第一、第二端子，應被連接在再現頭元件的兩端；以及電壓箝位元件，與所述再現頭元件並聯連接在所述第一、第二端子之間，所述磁頭驅動電路使所述電壓箝位元件工作，以使在記錄工作中對所述再現頭元件施加的電壓成為規定的電壓以下。
6.如權利要求1至5的任何一項所述的磁頭驅動電路，其特徵在於，所述磁頭驅動電路被一體集成在一個半導體襯底上。
7.一種磁記錄再現裝置，其特徵在於，包括權利要求1至5的任何一項所述的磁頭驅動電路。
8.一種再現頭保護方法，用於對磁記錄介質記錄、再現數據的磁記錄再現裝置，其特徵在於，在記錄工作中使再現頭元件兩端之間的阻抗降低。
全文摘要
在磁記錄再現裝置中保護再現頭而不會對電路工作產生影響。磁記錄再現裝置(100)是對未圖示的磁碟寫入、或讀出信息的硬碟裝置，包含再現頭(10)、記錄頭(12)、磁頭驅動電路(200)。磁頭驅動電路(200)是用於驅動控制再現頭(10)以及記錄頭(12)的電路，將再現頭(10)、記錄頭驅動電路(16)、控制部分(18)、可變阻抗元件(20)集成為一體。該磁頭驅動電路(200)進行分時切換，以在再現工作時切換為讀模式，在記錄工作時切換為寫模式。控制部分(18)在寫模式時降低可變阻抗元件(20)的阻抗。
文檔編號G11B5/40GK101040325SQ20058003504
公開日2007年9月19日 申請日期2005年9月29日 優先權日2004年10月25日
發明者北東慎吾, 岡本勇次郎 申請人:羅姆股份有限公司