JP2008054075A - Semiconductor integrated circuit, and magnetic storage device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は差動増幅器を備えた半導体集積回路及びそれを用いた磁気記憶装置に関わり、特に、差動増幅器により直流成分を高い直流電圧利得にて直流増幅することなく直流成分に重畳した交流差動入力電圧信号を所定の交流電圧増幅利得で増幅するための半導体集積回路の内蔵コンデンサのチップ占有面積を低減するのに有効な技術に関する。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit provided with a differential amplifier and a magnetic storage device using the same, and more particularly to an AC difference in which a DC component is superimposed on a DC component without being amplified by a differential amplifier with a high DC voltage gain. The present invention relates to a technique effective for reducing the chip occupation area of a built-in capacitor of a semiconductor integrated circuit for amplifying a dynamic input voltage signal with a predetermined AC voltage amplification gain.
下記非特許文献1には、ハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗(MR)ヘッドもしくはジャイアント磁気抵抗(GMR)ヘッドの両端の差動入力信号を2個の結合容量を介して完全差動CMOSプリアンプに供給することが記載されている。
Non-Patent
また、下記特許文献1には、磁気抵抗(MR)ヘッドの両端の差動入力信号を2個の結合容量を介して差動対トランジスタのベースに供給する第1の方式と、1つの集積化エミッタ結合容量によりエミッタが接続された1対のトランジスタのベースに磁気抵抗(MR)ヘッドの両端の差動入力信号を直接供給する第2の方式とが記載されている。前記第1の方式では、差動対トランジスタのエミッタ抵抗と差動対トランジスタの電流増幅率と結合容量との積により時定数が得られる。従って、エミッタ抵抗を5Ω、電流利得を100とし、カットオフ周波数fcを3.2MHzとするには、2個の結合容量はそれぞれ100pF必要で、少し大きいがICチップ上に集積化できると記載している。また、前記第2の方式では、トランジスタの電流増幅率は無関係となり、1対のトランジスタのエミッタ抵抗と1つの集積化エミッタ結合容量との積のみにより時定数が得られる。従って、エミッタ抵抗を5Ω、集積化エミッタ結合容量を500pFとすると、カットオフ周波数fcは32MHzとなり、前記第1の方式のカットオフ周波数fc(3.2MHz)の10倍となることが記載されている。
In
更に、下記非特許文献2には、ハードディスクドライブ(HDD)で一般的な面内記録よりも高い記録密度を可能とする垂直磁気記録方式が記載されている。
Further, Non-Patent
本発明者は、本発明に先立って高記録密度を可能とする垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)のMRヘッドの微弱信号を増幅するためのプリアンプの開発に従事した。 Prior to the present invention, the inventor has been engaged in the development of a preamplifier for amplifying a weak signal of an MR head of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD) that enables a high recording density.
ストレージ用テープドライブ、ハードディスクドライブ等の磁気記録装置内では、ヘッドからの微弱な電気信号を適当な振幅に増幅するためにプリアンプが必要とされる。現在、磁気信号を電気信号に変換するためのヘッドには、磁気抵抗素子ヘッド(MRヘッド)が多く使用されている。 In a magnetic recording apparatus such as a storage tape drive or hard disk drive, a preamplifier is required to amplify a weak electric signal from the head to an appropriate amplitude. Currently, many magnetoresistive element heads (MR heads) are used as heads for converting magnetic signals into electrical signals.
MRヘッドは直流電流または電圧のバイアスを必要とするため、MRヘッドから得られる電気信号は直流電圧に重畳した交流差動電圧信号になる。この直流電圧は数十mV〜数百mVになるのに対して交流差動電圧信号はピークツーピークで数mV以下になるため、プリアンプ内部では直流成分を遮断し交流電圧信号だけを増幅する必要がある。 Since the MR head requires a DC current or voltage bias, the electrical signal obtained from the MR head becomes an AC differential voltage signal superimposed on the DC voltage. While this DC voltage is several tens to several hundred mV, the AC differential voltage signal is several mV or less peak-to-peak, so it is necessary to amplify only the AC voltage signal by blocking the DC component inside the preamplifier. There is.
近年、ハードディスクドライブを代表とする磁気ディスク装置の分野では、従来の長手磁気記録(面内磁気記録)方式での記録密度の限界を超えるための技術として、上記の垂直磁気記録方式が注目されている。しかしこの垂直磁気記録方式で要求されるカットオフ周波数は約100KHzと、従来の面内記録の長手磁気記録方式でのカットオフ周波数約600KHzよりもずっと低くなる。 In recent years, in the field of magnetic disk devices typified by hard disk drives, the perpendicular magnetic recording method has been attracting attention as a technique for exceeding the limit of recording density in the conventional longitudinal magnetic recording (in-plane magnetic recording) method. Yes. However, the cut-off frequency required for this perpendicular magnetic recording system is about 100 KHz, which is much lower than the cut-off frequency of about 600 KHz in the conventional longitudinal magnetic recording system for in-plane recording.
下記非特許文献1の記載からのアナロジーに基づき、本発明者は本発明に先立ってMRヘッドの両端の差動入力信号を2個の結合容量を介して差動バイポーラトランジスタの両ベースに供給することを検討した。差動バイポーラトランジスタの両エミッタには定電流源が接続され、差動バイポーラトランジスタの両ベースに2個の結合容量が接続されるとともに2個のバイアス抵抗を介して等しいバイアス電圧が供給される。
Based on an analogy from the description of Non-Patent
定電流源の電流を5mAに設定すると、従来の長手磁気記録方式による磁気記録において必要な低域カットオフ周波数を600KHzとし、差動バイポーラトランジスタの電流増幅率を100とすると、2個の結合容量の値はそれぞれ約260pFが必要となる。これは例えば厚さ12nmのシリコン酸化膜を使用した2個の結合容量の合計で、0.42mm×0.42mm角の正方形のチップ占有面積と計算された。一方、垂直磁気記録方式における前記低域カットオフ周波数を100KHzとし、定電流源の電流を5mAとすると、2個の結合容量の値はそれぞれ1500pFが必要となる。これは1mm×1mm角の正方形のチップ占有面積に相当する。 When the current of the constant current source is set to 5 mA, the low-frequency cutoff frequency required for magnetic recording by the conventional longitudinal magnetic recording method is 600 KHz, and the current amplification factor of the differential bipolar transistor is 100. Each value of about 260 pF is required. For example, the total of two coupling capacitors using a silicon oxide film having a thickness of 12 nm was calculated as a square chip occupation area of 0.42 mm × 0.42 mm square. On the other hand, if the low-frequency cut-off frequency in the perpendicular magnetic recording system is 100 KHz and the current of the constant current source is 5 mA, the values of the two coupling capacitors each need 1500 pF. This corresponds to a square chip occupation area of 1 mm × 1 mm square.
近年、半導体集積回路の製造原価低減に対する要求が非常に高まっており、半導体集積回路の内蔵コンデンサを小さなチップ占有面積として、半導体集積回路のトータルのチップ面積を低減して製造原価を低減することが強く求められている。 In recent years, there has been a great demand for reducing the manufacturing cost of semiconductor integrated circuits, and it is possible to reduce the manufacturing cost by reducing the total chip area of the semiconductor integrated circuit by using the built-in capacitor of the semiconductor integrated circuit as a small chip occupation area. There is a strong demand.
本発明は上記の如き本発明に先立った本発明者等の検討により明らかとなった事項を基にしてなされたものであり、本発明の目的とするところは半導体集積回路の差動増幅器により直流成分に重畳した交流差動入力電圧信号を増幅するに際して、直流成分を高い直流電圧利得にて直流増幅することなく交流差動入力電圧信号を所定の交流電圧増幅利得で増幅するための半導体集積回路の内蔵コンデンサのチップ占有面積を低減することにある。 The present invention has been made on the basis of the matters clarified by the inventors' studies prior to the present invention as described above, and the object of the present invention is to provide a direct current by a differential amplifier of a semiconductor integrated circuit. Semiconductor integrated circuit for amplifying an AC differential input voltage signal with a predetermined AC voltage amplification gain without amplifying the DC component with a high DC voltage gain when amplifying the AC differential input voltage signal superimposed on the component It is to reduce the chip occupation area of the built-in capacitor.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
本発明の1つの形態による半導体集積回路は、第1差動増幅器(Main_Amp1)と、第2差動増幅器(Main_Amp2)と、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の反転入力端子(−)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の反転入力端子(−)との間に接続されたコンデンサ(C1)と、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の出力と前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)との間に接続されることにより前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記出力から前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)へ第1負帰還信号(DC & SLf_NFB1)を伝達する第1負帰還回路(Loop_Amp1)と、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の出力と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)との間に接続されることにより前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記出力から前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)へ第2負帰還信号(DC & SLf_NFB2)を伝達する第2負帰還回路(Loop_Amp2)とを半導体チップ上に具備する。 A semiconductor integrated circuit according to one aspect of the present invention includes a first differential amplifier (Main_Amp1), a second differential amplifier (Main_Amp2), an inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1), and the The capacitor (C1) connected between the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2), the output of the first differential amplifier (Main_Amp1), and the first differential amplifier (Main_Amp1) By being connected to the inverting input terminal (−), a first negative voltage is output from the output of the first differential amplifier (Main_Amp1) to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1). A first negative feedback circuit (Loop_Amp1) for transmitting a feedback signal (DC & SLf_NFB1), and the second differential amplifier (Main_ The second differential amplifier from the output of the second differential amplifier (Main_Amp2) by being connected between the output of the Amp2) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2). A second negative feedback circuit (Loop_Amp2) for transmitting a second negative feedback signal (DC & SLf_NFB2) to the inverting input terminal (−) of (Main_Amp2) is provided on the semiconductor chip.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)は差動的に接続された第1増幅素子(Q1)と第2増幅素子(Q2)を含み、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)は差動的に接続された第3増幅素子(Q3)と第4増幅素子(Q4)を含むものである。 The first differential amplifier (Main_Amp1) includes a first amplifying element (Q1) and a second amplifying element (Q2) that are differentially connected, and the second differential amplifier (Main_Amp2) is differentially connected. The third amplifying element (Q3) and the fourth amplifying element (Q4) are included.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の非反転入力端子(+)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の非反転入力端子(+)とに直流成分に重畳した交流差動入力信号の非反転入力信号(+Vin)と反転入力信号(−Vin)とがそれぞれ供給される。 Non-inverting of an AC differential input signal superimposed on a DC component on a non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and a non-inverting input terminal (+) of the second differential amplifier (Main_Amp2) An input signal (+ Vin) and an inverted input signal (−Vin) are supplied.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)への前記第1負帰還信号(DC & SLf_NFB1)の伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)への前記第2負帰還信号(DC & SLf_NFB2)の伝達量とが第1カットオフ周波数(fc1)よりも高い周波数で減衰するように前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)と前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)とは前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第1増幅素子(Q1)と前記第2増幅素子(Q2)および前記第3増幅素子(Q3)と前記第4増幅素子(Q4)の内部抵抗(Re)よりも高い抵抗を持つ所定の抵抗値の第1出力インピーダンス(Zout1)と第2出力インピーダンス(Zout2)とをそれぞれ持つ。 The amount of transmission of the first negative feedback signal (DC & SLf_NFB1) to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the inverting input terminal (− of the second differential amplifier (Main_Amp2)). ) And the second negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (DC & SLf_NFB2) are attenuated at a frequency higher than the first cutoff frequency (fc1). The feedback circuit (Loop_Amp2) is the first amplification element (Q1), the second amplification element (Q2), and the third amplification element (the first differential amplifier (Main_Amp1)) and the second differential amplifier (Main_Amp2). Q3) and a first output impedance (predetermined resistance value) having a resistance higher than the internal resistance (Re) of the fourth amplifying element (Q4). out1) and having a second output impedance (Zout2) and, respectively.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の第2入力インピーダンス(Zin2)の入力抵抗と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の出力抵抗との少なくともいずれか一方の抵抗値と前記コンデンサ(C1)の容量値との積によって前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記交流差動入力信号(+Vin、−Vin)の増幅の際の低域カットオフ周波数(fc3)が設定される(図1、図2参照)。 The first input impedance (Zin1) between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the non-inverting of the second differential amplifier (Main_Amp2). The input resistance of the second input impedance (Zin2) between the inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−), the first negative feedback circuit (Loop_Amp1), and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) The first differential amplifier (Main_Amp1) is a product of the resistance value of at least one of the first output impedance (Zout1) and the output resistance of the second output impedance (Zout2) and the capacitance value of the capacitor (C1). And the AC differential input signal (+ Vin, Main_Amp2) of the second differential amplifier (Main_Amp2). Low cutoff frequency when the amplification of Vin) (fc3) is set (see FIGS. 1 and 2).
一方、前記特許文献1に記載された前記第2の方式では、1つの集積化エミッタ結合容量によりエミッタが接続された1対のトランジスタのベースに磁気抵抗(MR)ヘッドの両端の差動入力信号が直接供給されていた。従って、1つの集積化エミッタ結合容量は1対のトランジスタによりエミッタフォロワの形態で駆動されている。このエミッタフォロワ駆動での出力インピーダンスは、1対のトランジスタの非線形エミッタ抵抗Reで決定される極めて低い抵抗となる。従って、カットオフ周波数を決定する時定数は集積化エミッタ結合容量の容量値と非線形エミッタ抵抗Reの低い抵抗値との積で決定されるので、カットオフ周波数を低い周波数とするためには集積化エミッタ結合容量の容量値を大きくする必要があった。
On the other hand, in the second method described in
本発明の前記1つの形態による手段は、前記特許文献1に記載された前記第2の方式と類似して、1個のコンデンサ(C1)の両端を1対の差動増幅器(Main_Amp1、Main_Amp2)が駆動する。しかし、1対の差動増幅器(Main_Amp1、Main_Amp2)の1対の出力から1個のコンデンサ(C1)の両端および1対の差動増幅器(Main_Amp1、Main_Amp2)の反転入力端子(−)への負帰還信号の伝達は、増幅素子(Q1、Q2、Q3、Q4)の内部抵抗(Re)よりも高い抵抗を持つ所定の抵抗値の出力インピーダンス(Zout1、Zout2)を持つ負帰還回路(Loop_Amp1、Loop_Amp2)により行われる。
The means according to the one aspect of the present invention is similar to the second method described in the above-mentioned
その結果、本発明の前記1つの形態による手段によれば、カットオフ周波数を決定する時定数は、前記特許文献1に記載された前記第2の方式のように前記コンデンサ(C1)の容量値と前記増幅素子(Q1、Q2、Q3、Q4)の内部抵抗(Re)の低い抵抗値との積のみで決定されるのではなく、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第2入力インピーダンス(Zin2)の入力抵抗と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の出力抵抗との少なくともいずれか一方の抵抗値と前記コンデンサ(C1)の容量値との積によって前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記交流差動入力信号の増幅の際の低域カットオフ周波数(fc3)が設定されるようになった。このようにして、前記コンデンサ(C1)の容量値を小さくすることが可能となる(図1、図2参照)。
As a result, according to the means according to the one aspect of the present invention, the time constant for determining the cutoff frequency is the capacitance value of the capacitor (C1) as in the second method described in the
本発明の他の1つの形態による半導体集積回路は、第1差動増幅器(Main_Amp1)と、第2差動増幅器(Main_Amp2)と、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とに非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とがそれぞれ接続された第1負帰還回路(Loop_Amp1)と、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とに非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とがそれぞれ接続された第2負帰還回路(Loop_Amp2)と、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)との間に接続されたコンデンサ(C1)とを半導体チップ上に具備する。 A semiconductor integrated circuit according to another embodiment of the present invention includes a first differential amplifier (Main_Amp1), a second differential amplifier (Main_Amp2), and a non-inverting input terminal (+ of the first differential amplifier (Main_Amp1)). ) And the inverting input terminal (−) to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−), respectively, and the second differential amplifier (Main_Amp2). A second negative feedback circuit (Loop_Amp2) in which a non-inverting input terminal (+) and an inverting input terminal (-) are connected to a non-inverting input terminal (+) and an inverting input terminal (-), respectively, and the first difference A capacitor (C1) connected between the inverting input terminal (−) of the dynamic amplifier (Main_Amp1) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2). Comprising the door on a semiconductor chip.
前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)の出力は前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)と前記コンデンサ(C1)の一端と接続され、前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の出力は前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)と前記コンデンサ(C1)の他端と接続されている。 The output of the first negative feedback circuit (Loop_Amp1) is connected to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and one end of the capacitor (C1), and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2). Is connected to the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) and the other end of the capacitor (C1).
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)は差動的に接続された第1増幅素子(Q1)と第2増幅素子(Q2)を含み、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)は差動的に接続された第3増幅素子(Q3)と第4増幅素子(Q4)を含むものである。 The first differential amplifier (Main_Amp1) includes a first amplifying element (Q1) and a second amplifying element (Q2) that are differentially connected, and the second differential amplifier (Main_Amp2) is differentially connected. The third amplifying element (Q3) and the fourth amplifying element (Q4) are included.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)とに直流成分に重畳した交流差動入力信号の非反転入力信号(+Vin)と反転入力信号(−Vin)とがそれぞれ供給される。 An AC differential input signal superimposed on a DC component on the non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the non-inverting input terminal (+) of the second differential amplifier (Main_Amp2). A non-inverting input signal (+ Vin) and an inverting input signal (-Vin) are supplied.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)への前記第1負帰還信号(DC & SLf_NFB1)の伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)への前記第2負帰還信号の伝達量とが第1カットオフ周波数(fc1)よりも高い周波数で減衰するように前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)と前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)とは前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第1増幅素子(Q1)と前記第2増幅素子(Q2)および前記第3増幅素子(Q3)と前記第4増幅素子(Q4)の内部抵抗(Re)よりも高い抵抗を持つ所定の抵抗値の第1出力インピーダンス(Zout1)と第2出力インピーダンス(Zout2)とをそれぞれ持つ。 The amount of transmission of the first negative feedback signal (DC & SLf_NFB1) to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the inverting input terminal (− of the second differential amplifier (Main_Amp2)). The first negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) so that the amount of transmission of the second negative feedback signal to the first frequency) is attenuated at a frequency higher than the first cutoff frequency (fc1). Is the first amplifying element (Q1), the second amplifying element (Q2), the third amplifying element (Q3), and the first amplifying element (Q1) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2). A first output impedance (Zout1) having a resistance value higher than the internal resistance (Re) of the four amplifier elements (Q4) and a second output impedance Each has a dance (Zout2).
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の第2入力インピーダンス(Zin2)の入力抵抗と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の出力抵抗との少なくともいずれか一方の抵抗値と前記コンデンサ(C1)の容量値との積によって前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記交流差動入力信号(+Vin、−Vin)の増幅の際の低域カットオフ周波数(fc3)が設定される(図5、図6、図7参照)。 The first input impedance (Zin1) between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the non-inverting of the second differential amplifier (Main_Amp2). The input resistance of the second input impedance (Zin2) between the inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−), the first negative feedback circuit (Loop_Amp1), and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) The first differential amplifier (Main_Amp1) is a product of the resistance value of at least one of the first output impedance (Zout1) and the output resistance of the second output impedance (Zout2) and the capacitance value of the capacitor (C1). And the AC differential input signal (+ Vin, Main_Amp2) of the second differential amplifier (Main_Amp2). Low cutoff frequency when the amplification of Vin) (fc3) is set (Fig. 5, 6, see Fig. 7).
その結果、本発明の前記他の1つの形態による手段によれば、カットオフ周波数を決定する時定数は、前記特許文献1に記載された前記第2の方式のように前記コンデンサ(C1)の容量値と前記増幅素子(Q1、Q2、Q3、Q4)の内部抵抗(Re)の抵抗値との積のみで決定されるのではなく、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第2入力インピーダンス(Zin2)の入力抵抗と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の出力抵抗との少なくともいずれか一方の抵抗値と前記コンデンサ(C1)の容量値との積によって前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記交流差動入力信号の増幅の際の低域カットオフ周波数(fc3)が設定されるようになった。このようにして、前記コンデンサ(C1)の容量値を小さくすることが可能となる(図5、図6、図7参照)。
As a result, according to the means according to the other embodiment of the present invention, the time constant for determining the cut-off frequency is the same as that of the second method described in the
本発明の1つの好適な形態による半導体集積回路では、本発明の前記1つの形態もしくは前記他の1つの形態において、前記第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2入力インピーダンス(Zin2)の前記入力抵抗と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の前記出力抵抗の一方の抵抗値は前記第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2入力インピーダンス(Zin2)の前記入力抵抗と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の前記出力抵抗の他方の抵抗値よりも低いかもしくは実質的に等しいものであり、前記低い抵抗の抵抗値かもしくは前記実質的に等しい抵抗の抵抗値と前記コンデンサ(C1)の前記容量値との積によって前記低域カットオフ周波数(fc3)が設定される(図1、図2、図5、図6、図7参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to one preferred embodiment of the present invention, the input of the first input impedance (Zin1) and the second input impedance (Zin2) in the one embodiment or the other embodiment of the present invention. One resistance value of the output resistor of the first output impedance (Zout1) and the second output impedance (Zout2) of the resistor and the first negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) is The input resistance of the first input impedance (Zin1) and the second input impedance (Zin2), the first output impedance (Zout1) of the first negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2), and Said second output impedance (Zout2) lower than or substantially equal to the other resistance value of the output resistance, the resistance value of the low resistance or the resistance value of the substantially equal resistance and the capacitor (C1) The low-frequency cutoff frequency (fc3) is set by the product with the capacitance value (see FIGS. 1, 2, 5, 6, and 7).
本発明の1つの具体的な形態による半導体集積回路では、本発明の前記1つの好適な形態において、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の前記第1入力インピーダンス(Zin1)が前記第1増幅素子(Q1)および前記第2増幅素子(Q2)の前記内部抵抗(Re)と電流増幅率(hfe)との積に比例するものであり、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の前記第2入力インピーダンス(Zin2)が前記第3増幅素子(Q3)および前記第4増幅素子(Q4)の前記内部抵抗(Re)と電流増幅率(hfe)との積に比例するものである。 In a semiconductor integrated circuit according to a specific form of the present invention, in the one preferred form of the present invention, the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) −) Is a product of the internal resistance (Re) and the current amplification factor (hfe) of the first amplifying element (Q1) and the second amplifying element (Q2). The second input impedance (Zin2) between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) is proportional to the third amplifying element. (Q3) and the fourth amplifying element (Q4) are proportional to the product of the internal resistance (Re) and the current amplification factor (hfe).
前記内部抵抗(Re)と前記電流増幅率(hfe)との積に比例する前記第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2入力インピーダンス(Zin2)の前記入力抵抗は前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の前記出力抵抗よりも低い抵抗値であり、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1入力インピーダンス(Zin1)を介して前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)から前記反転入力端子(−)への伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第2入力インピーダンス(Zin2)を介して前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)から前記反転入力端子(−)への伝達量とが前記第1カットオフ周波数(fc1)よりも高い周波数に設定された第2カットオフ周波数(fc2)よりも高い周波数で減衰して、前記第2カットオフ周波数(fc2)により前記低域カットオフ周波数(fc3)が設定される(図1、図2、図8、図9参照)。 The input resistance of the first input impedance (Zin1) and the second input impedance (Zin2) proportional to the product of the internal resistance (Re) and the current amplification factor (hfe) is the first negative feedback circuit (Loop_Amp1). ) And the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) having a resistance value lower than the output resistance of the first output impedance (Zout1) and the second output impedance (Zout2), and the first differential amplifier (Main_Amp1) The amount of transmission from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) via the first input impedance (Zin1) and the second differential amplifier ( Main_Amp2) through the second input impedance (Zin2). The second cutoff frequency (the transmission amount from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the device (Main_Amp2) is set to a frequency higher than the first cutoff frequency (fc1). Attenuating at a frequency higher than fc2), the low-frequency cutoff frequency (fc3) is set by the second cutoff frequency (fc2) (see FIGS. 1, 2, 8, and 9).
本発明の前記1つの具体的な形態による手段によれば、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)への前記第1負帰還信号(DC & SLf_NFB1)の伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)への前記第2負帰還信号(DC & SLf_NFB2)の伝達量とは、前記第1カットオフ周波数(fc1)よりも低い周波数である直流信号および超低周波信号において略100%負帰還となる。更に、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1入力インピーダンス(Zin1)を介して前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)から前記反転入力端子(−)への伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第2入力インピーダンス(Zin2)を介して前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)から前記反転入力端子(−)への伝達量とは、前記第2カットオフ周波数(fc2)よりも低い周波数である直流信号および低周波信号において略100%の伝達量となる。 According to the means of the one specific form of the present invention, the transmission amount of the first negative feedback signal (DC & SLf_NFB1) to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) The transmission amount of the second negative feedback signal (DC & SLf_NFB2) to the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) is a frequency lower than the first cutoff frequency (fc1). About 100% negative feedback is obtained for certain DC signals and very low frequency signals. Furthermore, from the non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) to the inverting input terminal (−) via the first input impedance (Zin1) of the first differential amplifier (Main_Amp1). And the non-inverting input terminal (+) of the second differential amplifier (Main_Amp2) through the second input impedance (Zin2) of the second differential amplifier (Main_Amp2) to the inverting input terminal (− ) Is a transmission amount of approximately 100% in a DC signal and a low frequency signal having a frequency lower than the second cutoff frequency (fc2).
その結果、前記コンデンサ(C1)の両端すなわち前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)とには前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)とにそれぞれ供給された前記非反転入力信号(+Vin)と前記反転入力信号(−Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号が略100%で伝達される。従って、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)とは前記非反転入力信号(+Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号により同相・同振幅で駆動され、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)とは前記反転入力信号(−Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号により同相・同振幅で駆動される。その結果、前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)の出力および前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)の直流信号、超低周波信号および低周波信号の電圧は前記非反転入力信号(+Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルと略同一に維持され、前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の出力および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)の直流信号、超低周波信号および低周波信号の電圧は前記反転入力信号(−Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルと略同一に維持される。 As a result, both ends of the capacitor (C1), that is, the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) The non-inverting input signal (+ Vin) supplied to the non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the non-inverting input terminal (+) of the second differential amplifier (Main_Amp2), respectively. The inverting input signal (−Vin) DC signal, ultra-low frequency signal and low-frequency signal are transmitted at approximately 100%. Accordingly, the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) are a DC signal, an ultra-low frequency signal, and a low-frequency signal of the non-inverting input signal (+ Vin). The non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) are driven by a DC signal of the inverting input signal (−Vin), Driven by the low-frequency signal and the low-frequency signal with the same phase and the same amplitude. As a result, the output of the first negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the DC signal, the very low frequency signal, and the low frequency signal of the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) are non-inverted. The level of the DC signal of the input signal (+ Vin), the very low frequency signal, and the low frequency signal is maintained substantially the same, and the output of the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) and the inversion of the second differential amplifier (Main_Amp2) The voltages of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal at the input terminal (−) are maintained substantially the same as the levels of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal of the inverted input signal (−Vin).
この直流信号、超低周波信号および低周波信号の状態では、略100%の負帰還と略100%の伝達とにより前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の電圧利得は略1(0dB)となり、高い電圧利得での直流信号の直流増幅も超低周波信号および低周波信号の低周波増幅も行われることはない。 In the state of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal, the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) have a negative feedback of about 100% and a transmission of about 100%. The voltage gain is approximately 1 (0 dB), and neither DC amplification of a DC signal with a high voltage gain nor low frequency amplification of an ultra-low frequency signal or a low frequency signal is performed.
また、本発明の前記1つの具体的な形態による手段によれば、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)への前記第1負帰還信号(DC & SLf_NFB1)の伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)への前記第2負帰還信号(DC & SLf_NFB2)の伝達量とは、前記第1カットオフ周波数(fc1)よりも遥かに高い周波数(fc2´)において略0%の負帰還となる。さらに、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1入力インピーダンス(Zin1)を介して前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)から前記反転入力端子(−)への伝達量と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第2入力インピーダンス(Zin2)を介して前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)から前記反転入力端子(−)への伝達量とは、前記第2カットオフ周波数(fc2)よりも高い周波数(fc2´)において略0%の伝達量となる。 Further, according to the means according to the one specific form of the present invention, the transmission of the first negative feedback signal (DC & SLf_NFB1) to the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1). And the amount of transmission of the second negative feedback signal (DC & SLf_NFB2) to the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) is far more than the first cutoff frequency (fc1). The negative feedback is substantially 0% at a very high frequency (fc2 ′). Furthermore, from the non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) to the inverting input terminal (−) via the first input impedance (Zin1) of the first differential amplifier (Main_Amp1). And the non-inverting input terminal (+) of the second differential amplifier (Main_Amp2) through the second input impedance (Zin2) of the second differential amplifier (Main_Amp2) to the inverting input terminal (− ) Is a transmission amount of approximately 0% at a frequency (fc2 ′) higher than the second cutoff frequency (fc2).
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)は前記非反転入力信号(+Vin)および前記反転入力信号(−Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルに維持されているのに対して、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)は前記非反転入力信号(+Vin)および前記反転入力信号(−Vin)の前記第2カットオフ周波数(fc2)よりも高い周波数(fc2´)およびそれ以上の周波数の信号により駆動されている。 The inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) are the non-inverting input signal (+ Vin) and the inverting input signal ( −Vin), the non-inverting input terminal (+) and the second difference of the first differential amplifier (Main_Amp1) are maintained at the levels of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal. The non-inverting input terminal (+) of the dynamic amplifier (Main_Amp2) has a frequency (fc2 ′) higher than the second cutoff frequency (fc2) of the non-inverting input signal (+ Vin) and the inverting input signal (−Vin). And driven by a signal having a higher frequency.
この周波数(fc2´)の信号およびそれ以上の周波数の信号による駆動の状態では、略0%の負帰還と略0%の伝達とにより前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の電圧利得は例えば約47dBの高電圧利得となり、高い電圧利得での中間周波信号および高周波信号の増幅を行うことが可能となる。 In the driving state by the signal of the frequency (fc2 ′) and the signal of higher frequency, the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential are transmitted by approximately 0% negative feedback and approximately 0% transmission. The voltage gain of the amplifier (Main_Amp2) is, for example, a high voltage gain of about 47 dB, and it is possible to amplify the intermediate frequency signal and the high frequency signal with a high voltage gain.
本発明の1つのより具体的な形態による半導体集積回路では、本発明の前記1つの具体的な形態において、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1増幅素子(Q1)と前記第2増幅素子(Q2)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第3増幅素子(Q3)と前記第4増幅素子(Q4)は、バイポーラトランジスタであり、前記第1増幅素子(Q1)と前記第2増幅素子(Q2)と前記第3増幅素子(Q3)と前記第4増幅素子(Q4)の前記内部抵抗はエミッタ非線形抵抗(Re)であり、前記第1増幅素子(Q1)と前記第2増幅素子(Q2)と前記第3増幅素子(Q3)と前記第4増幅素子(Q4)の前記電流増幅率はエミッタ接地電流増幅率(hfe)であり、前記バイポーラトランジスタのベース電流を補償するベース電流補償回路(BC_CC)が前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)および前記反転入力端子(−)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)および前記反転入力端子(−)とに接続されている(図3参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to one more specific form of the present invention, in the one specific form of the present invention, the first amplifying element (Q1) and the second amplifying element (Q1) of the first differential amplifier (Main_Amp1). The third amplifying element (Q3) and the fourth amplifying element (Q4) of the amplifying element (Q2) and the second differential amplifier (Main_Amp2) are bipolar transistors, and the first amplifying element (Q1) and the The internal resistance of the second amplifying element (Q2), the third amplifying element (Q3), and the fourth amplifying element (Q4) is an emitter nonlinear resistance (Re), and the first amplifying element (Q1) and the The current amplification factors of the two amplifying elements (Q2), the third amplifying element (Q3), and the fourth amplifying element (Q4) are grounded emitter current amplifying factors (hfe), and the base of the bipolar transistor A base current compensation circuit (BC_CC) that compensates the flow includes the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2). The non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) are connected (see FIG. 3).
本発明の他の1つのより具体的な形態による半導体集積回路では、本発明の前記1つの具体的な形態において、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記第1増幅素子(Q1、Q01)と前記第2増幅素子(Q2、Q02)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第3増幅素子(Q3、、Q03)と前記第4増幅素子(Q4、Q04)は、それぞれMOSカレントミラーで構成され、前記第1増幅素子(Q1、Q01)と前記第2増幅素子(Q2、Q02)と前記第3増幅素子(Q3、、Q03)と前記第4増幅素子(Q4、Q04)の前記内部抵抗はゲート・ソース間非線形抵抗(Rgs)であり、前記第1増幅素子(Q1、Q01)と前記第2増幅素子(Q2、Q02)と前記第3増幅素子(Q3、、Q03)と前記第4増幅素子(Q4、Q04)の前記電流増幅率は前記MOSカレントミラーのミラー比(Rm)であり、前記MOSカレントミラーの入力電流を補償するカレントミラー入力電流補償回路(CMC_CC)が前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)および前記反転入力端子(−)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)および前記反転入力端子(−)とに接続されている(図17参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to another more specific form of the present invention, in the one specific form of the present invention, the first amplifier element (Q1, Q01) of the first differential amplifier (Main_Amp1). And the second amplifying element (Q2, Q02) and the third amplifying element (Q3, Q03) and the fourth amplifying element (Q4, Q04) of the second differential amplifier (Main_Amp2) are respectively MOS current mirrors. Of the first amplifying element (Q1, Q01), the second amplifying element (Q2, Q02), the third amplifying element (Q3, Q03), and the fourth amplifying element (Q4, Q04). The internal resistance is a gate-source nonlinear resistance (Rgs), and the first amplifying element (Q1, Q01), the second amplifying element (Q2, Q02), and the third amplifying element (Q3, Q03). The current amplification factor of the fourth amplifying element (Q4, Q04) is a mirror ratio (Rm) of the MOS current mirror, and a current mirror input current compensation circuit (CMC_CC) for compensating the input current of the MOS current mirror The non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1) and the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (of the second differential amplifier (Main_Amp2)). -) (See FIG. 17).
本発明の他の1つの好適な形態による半導体集積回路では、本発明の前記1つの形態もしくは前記他の1つの形態において、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の第2入力インピーダンス(Zin2)の前記入力抵抗よりも前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の前記出力抵抗は低い抵抗値であり、前記第1カットオフ周波数(fc1)により前記低域カットオフ周波数(fc3)が設定される(図5、図6、図7参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to another preferred embodiment of the present invention, in the one embodiment or the other embodiment of the present invention, the non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1). The first input impedance (Zin1) between the inverting input terminal (−) and the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2). The first output impedance (Zout1) and the second output impedance (Zout2) of the first negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) rather than the input resistance of the second input impedance (Zin2) The output resistance of the low-frequency resistor has a low resistance value, and the low-frequency cutoff frequency is determined by the first cutoff frequency (fc1). Set frequency (fc3) (FIG. 5, FIG. 6, refer to FIG. 7).
本発明の他の1つのより具体的な形態による半導体集積回路では、本発明の前記他の1つの具体的な形態において、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記第1増幅素子(Q1)と前記第2増幅素子(Q2)と前記第3増幅素子(Q3)と前記第4増幅素子(Q4)は、それぞれMOSトランジスタであり、前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)の前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)の前記出力抵抗よりも高抵抗の前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の前記第1入力インピーダンス(Zin1)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間の前記第2入力インピーダンス(Zin2)の前記入力抵抗は、前記MOSトランジスタ(Q1、Q2、Q3、Q4)の絶縁ゲートにより実現されている(図5、図6、図7参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to another more specific form of the present invention, in the another specific form of the present invention, the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) ) Of the first amplifying element (Q1), the second amplifying element (Q2), the third amplifying element (Q3), and the fourth amplifying element (Q4) are MOS transistors, respectively, and the first negative feedback The first differential amplifier (Main_Amp1) having a resistance higher than the output resistance of the first output impedance (Zout1) and the second output impedance (Zout2) of the circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) The first input impedance (Zin) between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) ) And the input resistance of the second input impedance (Zin2) between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) is the MOS transistor ( Q1, Q2, Q3, and Q4) (refer to FIGS. 5, 6, and 7).
本発明の1つのより具体的な形態による半導体集積回路では、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)に第1定電流源(I1)が接続され、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)に第2定電流源(I2)が接続され、前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)に第3定電流源(I3、I5)が接続され、前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)に第4定電流源(I4、I6)が接続されている。 In a semiconductor integrated circuit according to one more specific form of the present invention, a first constant current source (I1) is connected to the first differential amplifier (Main_Amp1) and a second differential amplifier (Main_Amp2) is connected to a second. A constant current source (I2) is connected, a third constant current source (I3, I5) is connected to the first negative feedback circuit (Loop_Amp1), and a fourth constant current source (Loop_Amp2) is connected to the fourth constant current source (Loop_Amp2). I4, I6) are connected.
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)とが増幅動作を行う読み出しモード(READ MODE)では、前記第1定電流源(I1)と前記第2定電流源(I2)と前記第3定電流源(I3、I5)と前記第4定電流源(I4、I6)とにそれぞれ流れる定電流が前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)と前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)とにそれぞれ流される(図15参照)。 In a read mode (READ MODE) in which the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) perform an amplification operation, the first constant current source (I1) and the second constant current source ( I2), the third constant current source (I3, I5), and the fourth constant current source (I4, I6) are respectively supplied with constant currents flowing through the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier ( Main_Amp2), the first negative feedback circuit (Loop_Amp1), and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) (see FIG. 15).
前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)とが前記増幅動作を中止するアイドルモード(IDLE MODE)では、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)と前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)と前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)とにそれぞれ流される前記定電流が遮断される(図15参照)。 In the idle mode (IDLE MODE) in which the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) stop the amplification operation, the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier The constant currents flowing through the amplifier (Main_Amp2), the first negative feedback circuit (Loop_Amp1), and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) are cut off (see FIG. 15).
本発明の前記1つの好適な形態による手段によれば、アイドルモード(IDLE MODE)での半導体集積回路の消費電力を削減することができる。 According to the means according to the one preferred embodiment of the present invention, it is possible to reduce the power consumption of the semiconductor integrated circuit in the idle mode (IDLE MODE).
本発明の1つのより好適な形態による半導体集積回路では、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)とが前記アイドルモード(IDLE MODE)から前記読み出しモード(READ MODE)に遷移する際に、前記第3定電流源(I3、I5)と前記第4定電流源(I4、I6)とにそれぞれ流れる定電流が一時的に増加される(図15のSW3、SW4参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to one more preferred embodiment of the present invention, the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) are switched from the idle mode (IDLE MODE) to the read mode (READ MODE). ), The constant currents flowing through the third constant current sources (I3, I5) and the fourth constant current sources (I4, I6) are temporarily increased (SW3, SW4 in FIG. 15). reference).
本発明の前記1つのより好適な形態による手段によれば、前記アイドルモード(IDLE MODE)から前記読み出しモード(READ MODE)に遷移する際に、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記反転入力端子(−)および前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記反転入力端子(−)の電圧レベルを高速復帰させることができる。 According to the means according to the one more preferred mode of the present invention, the inverting input of the first differential amplifier (Main_Amp1) when transitioning from the idle mode (IDLE MODE) to the read mode (READ MODE). The voltage level of the terminal (−) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2) can be recovered at high speed.
本発明の1つのより好適な形態による半導体集積回路は、前記アイドルモード(IDLE MODE)から前記読み出しモード(READ MODE)への遷移もしくは前記読み出しモード(READ MODE)から前記アイドルモード(IDLE MODE)への遷移に応答して前記第1定電流源(I1)と前記第2定電流源(I2)と前記第3定電流源(I3、I5)と前記第4定電流源(I4、I6)とにそれぞれ流れる電流の電流値を制御するコントローラ(SW_CNT)を含む(図3、図4、図7、図10、図17参照)。 The semiconductor integrated circuit according to one more preferable aspect of the present invention is a transition from the idle mode (IDLE MODE) to the read mode (READ MODE) or from the read mode (READ MODE) to the idle mode (IDLE MODE). The first constant current source (I1), the second constant current source (I2), the third constant current source (I3, I5), and the fourth constant current source (I4, I6) Includes a controller (SW_CNT) for controlling the current value of each of the currents flowing in each (see FIGS. 3, 4, 7, 10, and 17).
本発明の1つのより好適な形態による半導体集積回路では、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間に第1スイッチ(SW5)が接続され、前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)と前記反転入力端子(−)との間に第2スイッチ(SW6)が接続され、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)とが前記アイドルモード(IDLE MODE)から前記読み出しモード(READ MODE)に遷移する際に、前記第1スイッチ(SW5)と前記第2スイッチ(SW6)とが一時的にオンに制御された後にオフ状態に制御される(図15参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to one more preferred embodiment of the present invention, a first switch (SW5) is provided between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the first differential amplifier (Main_Amp1). ), A second switch (SW6) is connected between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the second differential amplifier (Main_Amp2), and the first differential When the amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) transition from the idle mode (IDLE MODE) to the read mode (READ MODE), the first switch (SW5) and the second switch ( SW6) is temporarily turned on and then turned off (see FIG. 15).
本発明の1つのより好適な形態による半導体集積回路では、前記第1差動増幅器(Main_Amp1)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)とが前記アイドルモード(IDLE MODE)から前記読み出しモード(READ MODE)に遷移する際に、前記アイドルモード(IDLE MODE)から前記読み出しモード(READ MODE)への前記遷移に応答して前記コントローラ(SW_CNT)が前記第1スイッチ(SW5)と前記第2スイッチ(SW6)とを一時的にオンに制御した後にオフ状態に制御する(図3、図15参照)。 In a semiconductor integrated circuit according to one more preferred embodiment of the present invention, the first differential amplifier (Main_Amp1) and the second differential amplifier (Main_Amp2) are switched from the idle mode (IDLE MODE) to the read mode (READ MODE). ), The controller (SW_CNT) responds to the transition from the idle mode (IDLE MODE) to the read mode (READ MODE) by the first switch (SW5) and the second switch (SW6). ) Are temporarily turned on and then turned off (see FIGS. 3 and 15).
本発明の1つのより好適な形態による半導体集積回路では、前記第1負帰還回路(Loop_Amp1)および前記第2負帰還回路(Loop_Amp2)は前記第1出力インピーダンス(Zout1)および前記第2出力インピーダンス(Zout2)を生成する増幅器(Q39、Q40、M11、M12、M13、M14、M15、M16)を含む(図11、図12参照)。 In the semiconductor integrated circuit according to one more preferable aspect of the present invention, the first negative feedback circuit (Loop_Amp1) and the second negative feedback circuit (Loop_Amp2) are the first output impedance (Zout1) and the second output impedance ( And amplifiers (Q39, Q40, M11, M12, M13, M14, M15, and M16) that generate Zout2) (see FIGS. 11 and 12).
本発明の1つの形態による磁気記録装置は、上記いずれかの形態の半導体集積回路(Preamp IC)を含み(図18参照)、磁気記録媒体(20)を駆動してヘッド(21C)の記録ヘッド(RP、RC、RY)により前記磁気記録媒体(20)に垂直磁気記録を行い、前記ヘッド(21C)の再生ヘッド(GMR)からの前記磁気記録媒体(20)の読み出し信号を前記半導体集積回路(Preamp IC)を用いることによって処理する。前記再生ヘッド(GMR)の両端は、前記半導体集積回路(Preamp IC)の前記第1差動増幅器(Main_Amp1)の前記非反転入力端子(+)と前記第2差動増幅器(Main_Amp2)の前記非反転入力端子(+)とに結合コンデンサを介すことなく接続されている(図18、図19、図20参照)。 A magnetic recording apparatus according to one embodiment of the present invention includes a semiconductor integrated circuit (Preamp IC) of any one of the above forms (see FIG. 18), and drives the magnetic recording medium (20) to record the head (21C). (RP, RC, RY) performs perpendicular magnetic recording on the magnetic recording medium (20), and a read signal of the magnetic recording medium (20) from the reproducing head (GMR) of the head (21C) is transmitted to the semiconductor integrated circuit. Process by using (Preamp IC). Both ends of the reproducing head (GMR) are connected to the non-inverting input terminal (+) of the first differential amplifier (Main_Amp1) of the semiconductor integrated circuit (Preamp IC) and the non-inverting input terminal of the second differential amplifier (Main_Amp2). It is connected to the inverting input terminal (+) without a coupling capacitor (see FIGS. 18, 19, and 20).
本発明の1つの好適な形態による磁気記録装置では、前記再生ヘッド(GMR)は磁気抵抗ヘッドである。 In a magnetic recording apparatus according to one preferred embodiment of the present invention, the reproducing head (GMR) is a magnetoresistive head.
本発明の1つのより好適な形態による磁気記録装置では、前記ヘッド(21C)内部で前記記録ヘッド(RP、RC、RY)と前記磁気抵抗ヘッド(GMR)との間にシールド(RSL2)が形成されている(図19参照)。 In the magnetic recording apparatus according to one more preferable aspect of the present invention, a shield (RSL2) is formed between the recording head (RP, RC, RY) and the magnetoresistive head (GMR) inside the head (21C). (See FIG. 19).
本発明の1つの具体的な形態による磁気記録装置では、前記ヘッド(21C)が実装されたアーム(21A)に上記いずれかの形態の半導体集積回路(Preamp IC)が実装されている(図18参照)。 In the magnetic recording apparatus according to one specific form of the present invention, the semiconductor integrated circuit (Preamp IC) of any one of the above forms is mounted on the arm (21A) on which the head (21C) is mounted (FIG. 18). reference).
本発明の1つのより具体的な形態による磁気記録装置では、前記磁気記録媒体(20)は磁気ディスク又は磁気テープである(図20参照)。 In the magnetic recording apparatus according to one more specific form of the present invention, the magnetic recording medium (20) is a magnetic disk or a magnetic tape (see FIG. 20).
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本発明によれば、半導体集積回路の差動増幅器により直流成分に重畳した交流差動入力電圧信号を増幅するに際して、直流成分を高い直流電圧利得にて直流増幅することなく交流差動入力電圧信号を所定の交流電圧増幅利得で増幅するための半導体集積回路の内蔵コンデンサのチップ占有面積を低減することが可能になる。 That is, according to the present invention, when the AC differential input voltage signal superimposed on the DC component is amplified by the differential amplifier of the semiconductor integrated circuit, the AC differential input is performed without DC amplification of the DC component with a high DC voltage gain. It is possible to reduce the chip occupation area of the built-in capacitor of the semiconductor integrated circuit for amplifying the voltage signal with a predetermined AC voltage amplification gain.
≪プリアンプの基本構成≫
(本発明の第1の実施形態)
図1は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための基本構成によるプリアンプを含む本発明の第1の実施形態による半導体集積回路を示すブロック図である。
≪Basic configuration of preamplifier≫
(First embodiment of the present invention)
FIG. 1 is a block diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a first embodiment of the present invention including a preamplifier having a basic configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). .
同図に示すように、磁気抵抗ヘッドRMRの一端はバイアス回路5の定電流源5_1の一端1に接続され、磁気抵抗ヘッドRMRの他端はバイアス回路5の定電流源5_2の一端2に接続されている。バイアス回路5では定電流源5_1の他端には電源電圧Vccが供給され、定電流源5_2の他端には接地電圧GNDが供給されている。定電流源5_1と定電流源5_2の電流は4〜10mAの範囲の互いに等しいセンス電流値に設定されている。磁気抵抗ヘッドRMRの特性にも依存するが、磁気抵抗ヘッドRMRの両端の間の直流電圧は数十mV〜数百mVになり磁束変化による磁気抵抗ヘッドRMRの抵抗変化による交流差動電圧信号はピークツーピークで数mV以下となっている。
As shown in the figure, one end of the magnetoresistive head RMR is connected to one
同図で、破線の内部は半導体集積回路の半導体チップに形成された回路を示している。磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するためのプリアンプは、第1差動増幅器としてのメインアンプMain_Amp1と、第2差動増幅器としてのメインアンプMain_Amp2と、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)との間に接続されたコンデンサC1と、メインアンプMain_Amp1の出力とメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)との間に接続されることによりメインアンプMain_Amp1の出力からメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)へ第1負帰還信号DC & SLf_NFB1を伝達する第1負帰還回路としてのループアンプLoop_Amp1と、メインアンプMain_Amp2の出力とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)との間に接続されることによりメインアンプMain_Amp2の出力からメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)へ第2負帰還信号DC & SLf_NFB2を伝達する第2負帰還回路としてのループアンプLoop_Amp2とを含んでいる。 In the figure, the inside of the broken line indicates a circuit formed on the semiconductor chip of the semiconductor integrated circuit. The preamplifier for amplifying the weak signal of the magnetoresistive head RMR includes a main amplifier Main_Amp1 as a first differential amplifier, a main amplifier Main_Amp2 as a second differential amplifier, and an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1. The capacitor C1 connected between the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 and the output between the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 are connected to the main amplifier Main_Amp1. Loop amplifier Loop_Amp1 as a first negative feedback circuit that transmits the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 from the output to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1, and the output of the main amplifier Main_Amp2 and the main The second negative feedback signal that transmits the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 from the output of the main amplifier Main_Amp2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 by being connected to the inverting input terminal (−) of the amplifier Main_Amp2. A loop amplifier Loop_Amp2 as a circuit is included.
磁気抵抗ヘッドRMRの両端からメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)とメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)とに直流成分に重畳した交流差動入力信号の非反転入力信号+Vinと反転入力信号−Vinとがそれぞれ供給される。 From both ends of the magnetoresistive head RMR, the non-inverting input signal + Vin of the AC differential input signal superimposed on the DC component on the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 and the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2 is inverted. An input signal -Vin is supplied.
メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とが第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数で減衰するようにループアンプLoop_Amp1とループアンプLoop_Amp2とはそれぞれ所定の抵抗値の出力インピーダンスZout1、Zout2を持っている。 The transmission amount of the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the transmission amount of the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 The loop amplifier Loop_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp2 respectively have output impedances Zout1 and Zout2 having predetermined resistance values so as to attenuate at a frequency higher than one cut-off frequency fc1.
図2は、図1に示したプリアンプ内部の各回路の伝達量の周波数依存特性を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the frequency dependence characteristics of the transmission amount of each circuit in the preamplifier shown in FIG.
図2の1番目は、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の自体の周波数特性を示しており、直流成分および超低周波の領域から高周波の領域まで高い電圧利得を有している。 The first part of FIG. 2 shows the frequency characteristics of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 themselves, and has a DC component and a high voltage gain from a very low frequency region to a high frequency region.
図2の2番目は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZout1、Zout2とコンデンサC1とによる負帰還信号DC & SLf_NFB1、DC & SLf_NFB2の伝達量の周波数特性を示しており、第1カットオフ周波数fc1までの直流成分および超低周波の領域では高い伝達量を有しているが、第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数では1(0dB)に減少している。この第1カットオフ周波数fc1は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZout1、Zout2の極めて高い抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。 The second part of FIG. 2 shows the frequency characteristics of the transfer amounts of the negative feedback signals DC & SLf_NFB1, DC & SLf_NFB2 by the output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the capacitor C1, and the first cut-off frequency fc1 In the region of the direct current component and the ultra-low frequency up to, the transmission amount is high, but at a frequency higher than the first cut-off frequency fc1, it is reduced to 1 (0 dB). The first cut-off frequency fc1 is determined by the product of extremely high resistance values of the output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1.
図3に示すように、メインアンプMain_Amp1は差動的に接続された第1バイポーラトランジスタQ1と第2バイポーラトランジスタQ2を含むことにより、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の第1入力インピーダンスZin1が第1バイポーラトランジスタQ1および第2バイポーラトランジスタQ2の内部抵抗であるエミッタ抵抗Reとエミッタ接地電流増幅率hfeとの積に比例するものである。同様にメインアンプMain_Amp2は差動的に接続された第3バイポーラトランジスタQ3と第4バイポーラトランジスタQ4を含むことにより、メインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の第2入力インピーダンスZin2が第3バイポーラトランジスタQ3および第4バイポーラトランジスタQ4の内部抵抗であるエミッタ抵抗Reとエミッタ接地電流増幅率hfeとの積に比例するものである。尚、バイポーラトランジスタの内部抵抗であるエミッタ非線型抵抗Reは、良く知られているように、ボルツマン定数K、絶対温度T、電子電荷q、エミッタ電流Ieとから、次の関係で与えられる。 As shown in FIG. 3, the main amplifier Main_Amp1 includes a first bipolar transistor Q1 and a second bipolar transistor Q2 that are differentially connected to each other, so that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 -) Is proportional to the product of the emitter resistance Re, which is the internal resistance of the first bipolar transistor Q1 and the second bipolar transistor Q2, and the emitter ground current amplification factor hfe. Similarly, the main amplifier Main_Amp2 includes a third bipolar transistor Q3 and a fourth bipolar transistor Q4 that are differentially connected, so that the main amplifier Main_Amp2 is connected between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. The second input impedance Zin2 is proportional to the product of the emitter resistance Re, which is the internal resistance of the third bipolar transistor Q3 and the fourth bipolar transistor Q4, and the grounded emitter current amplification factor hfe. As is well known, the emitter nonlinear resistance Re, which is the internal resistance of the bipolar transistor, is given by the following relationship from the Boltzmann constant K, the absolute temperature T, the electron charge q, and the emitter current Ie.
Re=KT/qIe=26mV/Ie …(1式)
すなわち、エミッタ非線型抵抗Reは、エミッタ電流Ieの増加に逆比例して減少する。
Re = KT / qIe = 26 mV / Ie (1 formula)
That is, the emitter nonlinear resistance Re decreases in inverse proportion to the increase in the emitter current Ie.
従って、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2とは、バイポーラトランジスタの電流増幅率をhfeとすると、次式で与えられる。 Therefore, the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 are given by the following equations when the current amplification factor of the bipolar transistor is hfe.
Zin1=Zin2=hfe・Re=hfe・KT/qIe …(2式)
その結果、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とが第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数で減衰するように第1入力インピーダンスZin1と第2入力インピーダンスZin2とが所定のインピーダンスを持っている。尚、第2カットオフ周波数fc2は、第1カットオフ周波数fc1と略等しいかまたは第1カットオフ周波数fc1よりも高く設定される。
Zin1 = Zin2 = hfe · Re = hfe · KT / qIe (2 formulas)
As a result, the transmission amount LPF1 from the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 to the inverting input terminal (−) and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1. The first input impedance Zin1 and the second input so that the transmission amount LPF2 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 attenuates at a frequency higher than the second cutoff frequency fc2. The impedance Zin2 has a predetermined impedance. The second cutoff frequency fc2 is set to be approximately equal to the first cutoff frequency fc1 or higher than the first cutoff frequency fc1.
図2の3番目は、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量の周波数特性を示している。これらの伝達量は第2カットオフ周波数fc2までは大きな値であるが、第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´では急激に減衰する。尚、第2カットオフ周波数fc2は、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1およびメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2の比較的高い抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。 The third part of FIG. 2 shows the amount of transmission from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance of the main amplifier Main_Amp2. The frequency characteristic of the amount of transmission from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 via Zin2 is shown. These transmission amounts are large values up to the second cutoff frequency fc2, but rapidly attenuate at a frequency fc2 ′ higher than the second cutoff frequency fc2. The second cutoff frequency fc2 is determined by the product of the relatively high resistance value of the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1.
従って、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とは、第1カットオフ周波数fc1よりも低い周波数である直流信号および超低周波信号において略100%負帰還となる。さらに、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とは、第2カットオフ周波数fc2よりも低い周波数である直流信号および低周波信号において略100%の伝達量となる。 Therefore, the transmission amount of the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the transmission amount of the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. Is substantially 100% negative feedback for DC signals and very low frequency signals that are lower than the first cutoff frequency fc1. Further, via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1, the transmission amount LPF1 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 The transmission amount LPF2 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is approximately 100% transmission in a DC signal and a low frequency signal having a frequency lower than the second cutoff frequency fc2. Amount.
その結果、コンデンサC1の両端すなわちメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)とにはメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)とメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)とにそれぞれ供給された非反転入力信号+Vinと反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号が略100%で伝達される。従って、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とは非反転入力信号+Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号により略同相・同振幅で駆動され、メインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とは反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号により略同相・同振幅で駆動される。その結果、ループアンプLoop_Amp1の出力およびメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)の直流信号、超低周波信号および低周波信号の電圧は非反転入力信号+Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルと略同一に維持され、ループアンプLoop_Amp2の出力およびメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)の直流信号、超低周波信号および低周波信号の電圧は前記反転入力信号(−Vin)の直流信号、超低周波信号および低周波信号の電圧は反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルと略同一に維持される。 As a result, both ends of the capacitor C1, that is, the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 are non-inverting input terminals (+) of the main amplifier Main_Amp1 and non-inverting of the main amplifier Main_Amp2. The DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal of the non-inverted input signal + Vin and the inverted input signal −Vin supplied to the input terminal (+) are transmitted at approximately 100%. Therefore, the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 are driven with substantially the same phase and the same amplitude by the DC signal of the non-inverting input signal + Vin, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal. The non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the amplifier Main_Amp2 are driven with substantially the same phase and the same amplitude by a DC signal, an ultra low frequency signal, and a low frequency signal of the inverting input signal −Vin. As a result, the output of the loop amplifier Loop_Amp1 and the DC signal of the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1, the voltage of the very low frequency signal and the low frequency signal are the non-inverting input signal + Vin DC signal, the very low frequency signal and the low frequency signal. The voltage of the output of the loop amplifier Loop_Amp2 and the DC signal of the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2, the very low frequency signal and the voltage of the low frequency signal are the same as those of the inverting input signal (−Vin). The voltages of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal are maintained substantially the same as the levels of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low-frequency signal of the inverted input signal -Vin.
この直流信号、超低周波信号および低周波信号の状態では、略100%の負帰還と略100%の伝達とにより、図2の4番目に示すようにメインアンプMain_Amp1とループアンプLoop_Amp1とからなる第1アンプAMP1およびメインアンプMain_Amp2とループアンプLoop_Amp2とからなる第2アンプAMP2の電圧利得は略1(0dB)となり、高い電圧利得での直流信号の直流増幅も超低周波信号および低周波信号の低周波増幅もアンプAMP1、AMP2により行われることはない。バイアス回路5の定電流源5_1から磁気抵抗ヘッドRMRに4〜10mAに設定されたセンス電流RMR Isenseが流れ、磁気抵抗ヘッドRMRからバイアス回路5の定電流源5_2に4〜10mAに設定されたセンス電流RMR Isenseが流れる。バイアス回路5の定電流源5_1の電流とバイアス回路5の定電流源5_2の電流とが互いに等しいので、磁気抵抗ヘッドRMRの中間点の電圧は電源電圧Vccの半分のVcc/2となる。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の間の数十mV〜数百mVの直流電圧をΔVとすると、磁気抵抗ヘッドRMRの端子1の電圧はVcc/2+ΔV/2となり、磁気抵抗ヘッドRMRの端子2の電圧はVcc/2−ΔV/2となる。直流信号、超低周波信号および低周波信号では第1アンプAMP1と第2アンプAMP2の電圧利得は略1(0dB)であるので、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)とコンデンサC1の一端との電圧はVcc/2+ΔV/2となり、メインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)とコンデンサC1の他端との電圧はVcc/2−ΔV/2となる。
In the state of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low frequency signal, the main amplifier Main_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp1 are constituted by the negative feedback of about 100% and the transmission of about 100% as shown in the fourth part of FIG. The voltage gain of the second amplifier AMP2 composed of the first amplifier AMP1, the main amplifier Main_Amp2, and the loop amplifier Loop_Amp2 is approximately 1 (0 dB), and the DC amplification of the DC signal with a high voltage gain is also possible for the ultra-low frequency signal and the low frequency signal. Low frequency amplification is not performed by the amplifiers AMP1 and AMP2. A sense current RMR Isense set to 4 to 10 mA flows from the constant current source 5_1 of the
このように、磁気抵抗ヘッドRMRの両端の間の数十mV〜数百mVの直流電圧は、そのままコンデンサC1の両端間に印加されることになる。尚、バイアス回路5の定電流源5−2の他端や図3の接地端子には接地電圧GNDの代わりに負電圧電源、例えば−Vccが供給される場合もあり、この場合は磁気抵抗ヘッドRMRの中間点の電圧は接地電圧GNDと同じ0Vなり、磁気抵抗ヘッドRMRの端子1の電圧は+ΔV/2となり、磁気抵抗ヘッドRMRの端子2の電圧は−ΔV/2となる。また、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とは、第1カットオフ周波数fc1よりも遥かに高い周波数において略0%の負帰還となる。さらに、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とは、第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´において略0%の伝達量となる。
Thus, a DC voltage of several tens to several hundred mV across the magnetoresistive head RMR is directly applied across the capacitor C1. Incidentally, a negative voltage power source, for example, −Vcc, may be supplied to the other end of the constant current source 5-2 of the
メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)およびメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルに維持されているのに対して、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)およびメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´以上の信号により駆動されている。 The inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 are maintained at the levels of the DC signal, the very low frequency signal, and the low frequency signal of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. On the other hand, the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 and the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2 are based on the second cutoff frequency fc2 of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. Is driven by a signal having a high frequency fc2 ′ or higher.
第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´以上の信号の状態では、略0%の負帰還と略0%の伝達とにより、図2の4番目に示すようにメインアンプMain_Amp1とループアンプLoop_Amp1とからなる第1アンプAMP1およびメインアンプMain_Amp2とループアンプLoop_Amp2とからなる第2アンプAMP2の電圧利得は例えば約47dBの高電圧利得となり、高い電圧利得での中間周波信号および高周波信号の増幅をアンプAMP1、AMP2により行うことが可能となる。 In the state of a signal having a frequency fc2 ′ or higher that is higher than the second cutoff frequency fc2, the main amplifier Main_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp1 as shown in the fourth in FIG. 2 by the negative feedback of about 0% and the transmission of about 0%. The voltage gain of the first amplifier AMP1 and the second amplifier AMP2 consisting of the main amplifier Main_Amp2 and the loop amplifier Loop_Amp2 is a high voltage gain of about 47 dB, for example, and amplifies the amplification of the intermediate frequency signal and the high frequency signal with a high voltage gain. This can be performed by AMP1 and AMP2.
その結果、アンプAMP1、AMP2により構成された図1に示したプリアンプはHDDの磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を−3dBダウンの略100KHz(fc3)の中間周波数から845MHz(fc4)の高周波まで約44dBから約47dBの高電圧利得で増幅するに際して、1000pFより小さな容量値のコンデンサC1を1個半導体集積回路の半導体チップに内蔵するだけで良くなったものである。尚、電圧利得が−3dBダウンする略100KHzの中間周波数fc3が第1アンプAMP1および第2アンプAMP2による交流差動入力信号+Vin、−Vinの増幅の際の低域カットオフ周波数fc3となっている。 As a result, the preamplifier shown in FIG. 1 constituted by the amplifiers AMP1 and AMP2 generates a weak signal from the magnetoresistive head RMR of the HDD of about 44 dB from an intermediate frequency of about 100 KHz (fc3) down to −3 dB to a high frequency of 845 MHz (fc4). Therefore, when amplifying with a high voltage gain of about 47 dB, it is only necessary to incorporate one capacitor C1 having a capacitance value smaller than 1000 pF in the semiconductor chip of the semiconductor integrated circuit. An intermediate frequency fc3 of about 100 KHz at which the voltage gain is reduced by -3 dB is a low-frequency cut-off frequency fc3 when the AC differential input signals + Vin and -Vin are amplified by the first amplifier AMP1 and the second amplifier AMP2. .
図1では、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZoutとメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の入力インピーダンスZinとの間にZout≧Zinの関係が設定されていたので、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZoutに依存する第1カットオフ周波数fc1とメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の入力インピーダンスZinに依存する第2カットオフ周波数fc2との間にfc1≦fc2の関係が成立した。その結果、低域カットオフ周波数fc3は、高い方の第2カットオフ周波数fc2と周波数fc2´とで決定されている。逆に、Zout<Zinの関係を設定すれば、fc1>fc2の関係が成立して、高い方の第1カットオフ周波数fc1で決定されるものとなる。 In FIG. 1, since the relationship Zout ≧ Zin is set between the output impedance Zout of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the input impedance Zin of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2, it depends on the output impedances Zout of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2. The relationship of fc1 ≦ fc2 is established between the first cut-off frequency fc1 and the second cut-off frequency fc2 depending on the input impedance Zin of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2. As a result, the low-frequency cutoff frequency fc3 is determined by the higher second cutoff frequency fc2 and frequency fc2 ′. Conversely, if the relationship of Zout <Zin is set, the relationship of fc1> fc2 is established, and is determined by the higher first cutoff frequency fc1.
≪プリアンプの具体的構成≫
(本発明の第2の実施形態)
図3は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための具体的構成によるプリアンプを含む本発明の好適な第2の実施形態による半導体集積回路を示す回路図である。
≪Specific configuration of preamplifier≫
(Second embodiment of the present invention)
FIG. 3 is a circuit diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a second preferred embodiment of the present invention including a preamplifier having a specific configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). FIG.
図3に示した具体的構成によるプリアンプの構成と動作とは、図1に示した基本構成のプリアンプの基本構成と図2に示した基本動作と基本的に同一である。図3では、図1に示したメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2とループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2とが半導体増幅素子と半導体受動素子で具体的に構成されているとともに、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2からの出力信号を増幅する出力差動アンプ6と、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2を構成する半導体増幅素子としてのNPN型のバイポーラトランジスタのベース電流を補償するベース電流補償回路BC_CCと、ハードディスクドライブ(HDD)の動作モード信号MODEに応答して複数のスイッチSW1…SW9のオン・オフを制御するスイッチコントローラSW_CNTとが追加されている。
The configuration and operation of the preamplifier having the specific configuration shown in FIG. 3 are basically the same as the basic configuration of the preamplifier shown in FIG. 1 and the basic operation shown in FIG. In FIG. 3, the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 and the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 shown in FIG. The
メインアンプMain_Amp1は、信号増幅用の差動対トランジスタQ1、Q2と、ループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ5、Q6と、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ9、Q10、Q11、Q12と、負荷抵抗R1、R3、R4と、定電流源I1と、スイッチSW5、SW7と、抵抗R7、R9とで構成されている。トランジスタQ1、Q5のベースはメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)として機能する一方、トランジスタQ2、Q6のベースはメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は信号増幅用の差動対トランジスタQ1、Q2で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ9、Q12を介して負荷抵抗R1とメインアンプMain_Amp2の負荷抵抗R2とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号はループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ5、Q6で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ10、Q11を介して負荷抵抗R3、R4とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号はループアンプLoop_Amp1の反転入力端子8(−)と非反転入力端子7(+)とに供給され、ループアンプLoop_Amp1の出力9はメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ2、Q6のベースとコンデンサC1の一端とに接続されている。
The main amplifier Main_Amp1 includes differential amplifier transistors Q1 and Q2 for signal amplification, differential transistor transistors Q5 and Q6 for driving the loop amplifier, grounded base transistors Q9, Q10, Q11, and Q12 for improving high frequency characteristics, and a load. It comprises resistors R1, R3, R4, a constant current source I1, switches SW5, SW7, and resistors R7, R9. The bases of the transistors Q1 and Q5 function as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1, while the bases of the transistors Q2 and Q6 function as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current-amplified by differential pair transistors Q1 and Q2 for signal amplification, and the load resistance R1 and the load resistance of the main amplifier Main_Amp2 via the grounded base transistors Q9 and Q12 for improving high frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by R2, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
図11は、図3に示した具体的構成によるプリアンプのループアンプLoop_Amp1の構成を示す回路図である。 FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a preamplifier loop amplifier Loop_Amp1 having the specific configuration shown in FIG.
同図に示すように、ループアンプLoop_Amp1は、反転入力端子8(−)の反転入力信号と非反転入力端子7(+)の非反転入力信号とにより駆動される差動対トランジスタQ39、Q40と、PチャンネルMOSトランジスタM11、M12、M13、M14で構成された2個のP−MOSカレントミラーとNチャンネルMOSトランジスタM15、M16で構成された1つのN−MOSカレントミラーと、2個の定電流源I1、I5と、2個のスイッチSW1、SW3とで構成されている。2個のP−MOSカレントミラーと1つのN−MOSカレントミラーとを構成する6個のMOSトランジスタM11〜M16のチャネル長を大きくまたこれらに流れる電流を小さく設定することにより、ループアンプLoop_Amp1の出力インピーダンスZoutの出力抵抗を非常に高く設定することができる。上述のように、ループアンプLoop_Amp1の出力インピーダンスZout1の高抵抗とコンデンサC1の容量との積により、第1カットオフ周波数f1が設定される。この第1カットオフ周波数f1を更に低下させるために、同図に示すように2個のP−MOSカレントミラーと1つのN−MOSカレントミラーとに3つのコンデンサを接続することが推奨される。尚、第1負帰還回路および第2負帰還回路としては、図11に示したループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の回路構成に限定されるものではない。第1負帰還回路および第2負帰還回路として、図3のメインアンプMain_Amp1のトランジスタQ11のコレクタとメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)として機能するトランジスタQ2、Q6のベースとの間に接続された高抵抗の負帰還抵抗およびメインアンプMain_Amp2のトランジスタQ14のコレクタとメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)として機能するトランジスタQ3、Q7のベースとの間に接続された高抵抗の負帰還抵抗とすることも可能である。これらの負帰還抵抗の高抵抗とコンデンサC1の容量との積により、第1カットオフ周波数f1が設定される。 As shown in the figure, the loop amplifier Loop_Amp1 includes differential pair transistors Q39 and Q40 driven by the inverting input signal of the inverting input terminal 8 (−) and the non-inverting input signal of the non-inverting input terminal 7 (+). , Two P-MOS current mirrors composed of P-channel MOS transistors M11, M12, M13 and M14, one N-MOS current mirror composed of N-channel MOS transistors M15 and M16, and two constant currents It consists of sources I1 and I5 and two switches SW1 and SW3. By setting the channel length of the six MOS transistors M11 to M16 constituting two P-MOS current mirrors and one N-MOS current mirror to be large and the current flowing through them to be small, the output of the loop amplifier Loop_Amp1 The output resistance of the impedance Zout can be set very high. As described above, the first cutoff frequency f1 is set by the product of the high resistance of the output impedance Zout1 of the loop amplifier Loop_Amp1 and the capacitance of the capacitor C1. In order to further reduce the first cut-off frequency f1, it is recommended to connect three capacitors to two P-MOS current mirrors and one N-MOS current mirror as shown in FIG. The first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit are not limited to the circuit configurations of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 shown in FIG. The first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit are connected between the collector of the transistor Q11 of the main amplifier Main_Amp1 of FIG. 3 and the bases of the transistors Q2 and Q6 functioning as the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1. A high resistance negative feedback resistor and a high resistance negative feedback resistor connected between the collector of the transistor Q14 of the main amplifier Main_Amp2 and the bases of the transistors Q3 and Q7 functioning as the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. It is also possible to do. The first cut-off frequency f1 is set by the product of the high resistance of these negative feedback resistors and the capacitance of the capacitor C1.
図3では、磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は、メインアンプMain_Amp1の信号増幅用の差動対トランジスタQ1、Q2で電流増幅される。この時に、差動対トランジスタQ1、Q2の内部抵抗のエミッタ非線形抵抗Reは上記(1式)で与えられ、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1はバイポーラトランジスタの電流増幅率hfeが関係する上記(2式)で与えられる。 In FIG. 3, the weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current amplified by the signal amplification differential pair transistors Q1 and Q2 of the main amplifier Main_Amp1. At this time, the emitter nonlinear resistance Re of the internal resistance of the differential pair transistors Q1 and Q2 is given by the above (formula 1), and the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 is related to the current amplification factor hfe of the bipolar transistor ( (Equation 2).
上述のように第2カットオフ周波数f2は、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1の入力抵抗の抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。比較的低い第2カットオフ周波数f2を小さな容量値のコンデンサC1で実現するには、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1の高い入力抵抗が必要である。通常、バイポーラトランジスタの電流増幅率hfeは100程度の高い値であるので、差動対バイポーラトランジスタQ1、Q2の高い電流増幅率hfeは上記(2式)で与えられるメインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1の抵抗値の向上に顕著に寄与する。 As described above, the second cutoff frequency f2 is determined by the product of the resistance value of the input resistance of the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the capacitance value of the capacitor C1. In order to realize the relatively low second cutoff frequency f2 with the capacitor C1 having a small capacitance value, a high input resistance of the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 is required. Usually, since the current amplification factor hfe of the bipolar transistor is a high value of about 100, the high current amplification factor hfe of the differential pair bipolar transistors Q1 and Q2 is the first input impedance of the main amplifier Main_Amp1 given by the above (Equation 2). This contributes significantly to the improvement of the resistance value of Zin1.
メインアンプMain_Amp1と同様にメインアンプMain_Amp2は、信号増幅用の差動対トランジスタQ3、Q4と、ループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ7、Q8と、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ13、Q14、Q15、Q16と、負荷抵抗R2、R5、R6と、定電流源I2と、スイッチSW6、SW8、抵抗R8、R10とで構成されている。トランジスタQ4、Q8のベースはメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)として機能する一方、トランジスタQ3、Q7のベースはメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は信号増幅用の差動対トランジスタQ3、Q4で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ13、Q16を介して負荷抵抗R2とメインアンプMain_Amp1の負荷抵抗R1とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号はループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ7、Q8で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ14、Q15を介して負荷抵抗R5、R6とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号はループアンプLoop_Amp2の反転入力端子11(−)と非反転入力端子10(+)とに供給され、ループアンプLoop_Amp2の出力12はメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ3、Q7のベースとコンデンサC1の他端とに接続されている。ループアンプLoop_Amp1と同様に、ループアンプLoop_Amp2は図11に示す回路で構成されている。
Like the main amplifier Main_Amp1, the main amplifier Main_Amp2 includes a differential pair transistors Q3 and Q4 for signal amplification, a differential pair transistors Q7 and Q8 for driving a loop amplifier, and base-grounded transistors Q13 and Q14 for improving high-frequency characteristics. Q15, Q16, load resistors R2, R5, R6, a constant current source I2, switches SW6, SW8, resistors R8, R10. The bases of the transistors Q4 and Q8 function as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2, while the bases of the transistors Q3 and Q7 function as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current-amplified by the differential pair transistors Q3 and Q4 for signal amplification, and the load resistance R2 and the load resistance of the main amplifier Main_Amp1 via the grounded base transistors Q13 and Q16 for improving high frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by R1, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
メインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量の第2カットオフ周波数f2は、メインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2の入力抵抗の抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。メインアンプMain_Amp1と同様に、メインアンプMain_Amp2の差動対バイポーラトランジスタQ3、Q4の高い電流増幅率hfeは上記(2式)で与えられるメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2の抵抗値の向上に顕著に寄与する。 The second cutoff frequency f2 of the transmission amount from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is the resistance value of the input resistance of the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 and the capacitor C1. Determined by the product of the capacitance value. Similar to the main amplifier Main_Amp1, the high current amplification factor hfe of the differential pair bipolar transistors Q3 and Q4 of the main amplifier Main_Amp2 is conspicuous in improving the resistance value of the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 given by the above (Equation 2). Contribute to.
メインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号の伝達量の第1カットオフ周波数fc1は、ループアンプLoop_Amp2の出力インピーダンスZout2の高抵抗の抵抗値とコンデンサC1の容量値との積により設定される。この第1カットオフ周波数f1を更に低下させるために、ループアンプLoop_Amp2のP−MOSカレントミラーと1つのN−MOSカレントミラーとに3つのコンデンサを接続することが推奨される。 The first cutoff frequency fc1 of the amount of transmission of the second negative feedback signal to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is the high resistance value of the output impedance Zout2 of the loop amplifier Loop_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1. Set by product. In order to further reduce the first cut-off frequency f1, it is recommended to connect three capacitors to the P-MOS current mirror and one N-MOS current mirror of the loop amplifier Loop_Amp2.
メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の定電流源I1、I2の定電流量を4I0として、差動対トランジスタQ1、Q2と差動対トランジスタQ5、Q6と差動対トランジスタQ3、Q4と差動対トランジスタQ7、Q8とがバランスしていると、これらのトランジスタQ1〜Q8のベースにはI0/hfeのベース電流IBが流れる。トランジスタQ1〜Q8のベース電流IBが磁気抵抗ヘッドRMRの4〜10mAのセンス電流に影響しないように、プリアンプのメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2にはベース電流補償回路BC_CCが接続されている。 Amplifier Main_Amp1, as 4I 0 a constant current of the constant current source I1, I2 of Main_Amp2, differential pair transistors Q1, Q2 and the differential pair transistors Q5, Q6 and the differential pair transistors Q3, Q4 and the differential pair transistors Q7 , Q8 is balanced, a base current I B of I 0 / hfe flows through the bases of these transistors Q1 to Q8. As the base current I B of the transistor Q1~Q8 it does not affect the sensing current 4~10mA magnetoresistive head RMR, the main amplifier of the preamplifier Main_Amp1, base current compensation circuit BC_CC is connected to Main_Amp2.
ベース電流補償回路BC_CCは、差動対トランジスタQ1、Q2…Q7、Q8のレプリカトランジスタQ17と、ベース接地トランジスタQ9…Q12のレプリカトランジスタQ18と、ベース電流供給トランジスタQ19と、NチャンネルMOSトランジスタM1、M2、M3、M4、M5で構成されたカレントミラーと、定電流源I7と、スイッチSW9とを含んでいる。 The base current compensation circuit BC_CC includes a differential transistor Q1, a replica transistor Q17 of Q2,... Q8, a replica transistor Q18 of a common base transistor Q9. , M3, M4, and M5, a constant current source I7, and a switch SW9.
ベース電流補償回路BC_CCの定電流源I7の定電流量は、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の定電流源I1、I2の定電流量4I0の半分の2I0に設定されている。すると、レプリカトランジスタQ17のベースには2I0/hfeのベース電流が流れる。カレントミラーのNチャンネルMOSトランジスタM1、M2、M3、M4、M5のデバイスサイズを互いに等しく設定すると、ベース電流供給トランジスタQ19を介してレプリカトランジスタQ17の2I0/hfeのベース電流は入力NチャンネルMOSトランジスタM5の入力電流となり、入力電流に等しい出力電流2I0/hfeが出力MOSトランジスタM1、M2、M3、M4のそれぞれに流れる。出力MOSトランジスタM1の出力電流2I0/hfeはメインアンプMain_Amp1の差動トランジスタQ1のベース電流IB(I0/hfe)と差動トランジスタQ5のベース電流IB(I0/hfe)とを補償して、出力MOSトランジスタM2の出力電流2I0/hfeはメインアンプMain_Amp1の差動トランジスタQ2のベース電流IB(I0/hfe)と差動トランジスタQ6のベース電流IB(I0/hfe)とを補償して、出力MOSトランジスタM3の出力電流2I0/hfeはメインアンプMain_Amp2の差動トランジスタQ3のベース電流IB(I0/hfe)と差動トランジスタQ7のベース電流IB(I0/hfe)とを補償して、出力MOSトランジスタM4の出力電流2I0/hfeはメインアンプMain_Amp2の差動トランジスタQ4のベース電流IB(I0/hfe)と差動トランジスタQ8のベース電流IB(I0/hfe)とを補償する。 The constant current amount of the constant current source I7 of the base current compensation circuit BC_CC is set to 2I 0 which is half of the constant current amount 4I 0 of the constant current sources I1 and I2 of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2. Then, a base current of 2I 0 / hfe flows through the base of the replica transistor Q17. When the device sizes of the N-channel MOS transistors M1, M2, M3, M4, and M5 of the current mirror are set equal to each other, the base current of 2I 0 / hfe of the replica transistor Q17 is input to the input N-channel MOS transistor via the base current supply transistor Q19. An output current 2I 0 / hfe equal to the input current flows through each of the output MOS transistors M1, M2, M3, and M4. Output current 2I 0 / hfe of the output MOS transistor M1 is compensated and a base current I B of the base current I B (I 0 / hfe) and the differential transistors Q5 of the differential transistors Q1 of the main amplifier Main_Amp1 (I 0 / hfe) , the output MOS transistor M2 of the output current 2I 0 / hfe is the base current I B of the base current I B (I 0 / hfe) and the differential transistors Q6 of the differential transistors Q2 of the main amplifier Main_Amp1 (I 0 / hfe) to compensate the door, output current 2I 0 / hfe is the base current I B (I 0 of the base current I B (I 0 / hfe) and the differential transistor Q7 of the differential transistors Q3 main amplifier Main_Amp2 of the output MOS transistor M3 / Hfe) to compensate for the output current of the output MOS transistor M4. 2I 0 / hfe compensates for the base current I B of the base current I B (I 0 / hfe) and the differential transistors Q8 differential transistor Q4 of the main amplifier Main_Amp2 (I 0 / hfe).
図15は、図3に示したプリアンプの複数のスイッチSW1…SW9のスイッチコントローラSW_CNTによるオン・オフ制御動作を説明する図である。 FIG. 15 is a diagram for explaining an on / off control operation by the switch controller SW_CNT of the plurality of switches SW1... SW9 of the preamplifier shown in FIG.
ホスト機器からスリープコマンドに応答してハードディスクドライブ(HDD)は、消費電力最小のスリープモードSleep Modeとなる。スリープモードSleep Modeでは、ホスト機器からのリセット割り込みコマンドを受け付けるホストインターフェース以外のHDDの殆んどの回路への電源が遮断される。ホスト機器からスタンバイコマンドに応答してHDDは、超低消費電力のスタンバイモードStandby Modeとなる。スタンバイモードStandby Modeでは、HDDの磁気ディスクを回転するスピンドルモータへの電源とスピンドルモータ制御回路への電源が遮断され、スピンドルモータ制御回路を制御するCPUは電源供給中のスリープ状態となる。ホスト機器からアイドルコマンドに応答してHDDは、低消費電力のアイドルモードIDLE MODEとなる。アイドルモードIDLE MODEでは、HDDの磁気ディスクを回転するスピンドルモータへの電源とスピンドルモータ制御回路への電源が供給されてスピンドルモータの回転は停止しないが、記録ヘッドや再生ヘッドを実装したアームを駆動するボイスコイルモータ(VCM)制御回路(アクチュエータ)への電源は遮断される。ホスト機器からの読み出しコマンドまたは書き込みコマンドに応答してHDDは、消費電力の大きな読み出しモードREAD MODEまたは書き込みモードWRITE MODEとなり、HDDの殆んどの回路への電源が供給され、スピンドルモータは回転して、アームも駆動される。 In response to a sleep command from the host device, the hard disk drive (HDD) enters a sleep mode Sleep Mode with minimum power consumption. In the sleep mode Sleep Mode, power to most circuits of the HDD other than the host interface that accepts a reset interrupt command from the host device is shut off. In response to a standby command from the host device, the HDD enters a standby mode Standby Mode with ultra-low power consumption. In the standby mode Standby Mode, the power to the spindle motor that rotates the magnetic disk of the HDD and the power to the spindle motor control circuit are cut off, and the CPU that controls the spindle motor control circuit enters a sleep state during power supply. In response to an idle command from the host device, the HDD enters an idle mode IDLE MODE with low power consumption. In the idle mode IDLE MODE, the power to the spindle motor that rotates the magnetic disk of the HDD and the power to the spindle motor control circuit are supplied and the rotation of the spindle motor does not stop, but the arm mounted with the recording head and reproducing head is driven. The power to the voice coil motor (VCM) control circuit (actuator) is cut off. In response to a read command or a write command from the host device, the HDD enters a read mode READ MODE or a write mode WRITE MODE that consumes a large amount of power, power is supplied to most of the circuits of the HDD, and the spindle motor rotates. The arm is also driven.
図3に示したスイッチコントローラSW_CNTは、前記の複数の動作モードの間の状態遷移をHDDの前記の複数の動作モードを指示する動作モード信号MODEの変化から認識する。 The switch controller SW_CNT shown in FIG. 3 recognizes a state transition between the plurality of operation modes from a change in the operation mode signal MODE indicating the plurality of operation modes of the HDD.
連続の読み出しモードREAD MODEでは、スイッチコントローラSW_CNTがメインアンプMain_Amp1、2に接続されたスイッチSW7、SW8とベース電流補償回路BC_CCのスイッチSW9とをオン状態に制御することにより、メインアンプMain_Amp1の差動対トランジスタQ1、Q2、Q5、Q6が動作して、メインアンプMain_Amp2の差動対トランジスタQ3、Q4、Q7、Q8が動作する。この時に、スイッチコントローラSW_CNTはループアンプLoop_Amp1、2に接続されたスイッチSW1、SW2をオン状態に制御する一方、ループアンプLoop_Amp1、2に接続された他のスイッチSW3、SW4をオフ状態に制御する。従って、ループアンプLoop_Amp1、2は、定電流源I3、I4の比較的小さな定電流により比較的高い抵抗の出力インピーダンスZout1、Zout2を持っている。この時に、スイッチコントローラSW_CNTは、メインアンプMain_Amp1の差動対トランジスタQ1、Q5のベース入力電圧と差動対トランジスタQ2、Q6のベース入力電圧とを等しくするイコライズスイッチSW5とメインアンプMain_Amp2の差動対トランジスタQ3、Q7のベース入力電圧と差動対トランジスタQ4、Q8のベース入力電圧とを等しくするイコライズスイッチSW6とをオフ状態に制御している。更に、この時には4〜10mAに設定されたセンス電流RMR Isenseが磁気抵抗ヘッドRMRに供給されている。 In the continuous read mode READ MODE, the switch controller SW_CNT controls the switches SW7 and SW8 connected to the main amplifiers Main_Amp1 and 2 and the switch SW9 of the base current compensation circuit BC_CC to be in an ON state, thereby allowing the differential of the main amplifier Main_Amp1. The pair transistors Q1, Q2, Q5, and Q6 operate, and the differential pair transistors Q3, Q4, Q7, and Q8 of the main amplifier Main_Amp2 operate. At this time, the switch controller SW_CNT controls the switches SW1 and SW2 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 to an on state, and controls the other switches SW3 and SW4 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 to an off state. Therefore, the loop amplifiers Loop_Amp1, 2 have relatively high resistance output impedances Zout1, Zout2 due to the relatively small constant currents of the constant current sources I3, I4. At this time, the switch controller SW_CNT makes the differential pair of the equalizing switch SW5 and the main amplifier Main_Amp2 equal to the base input voltage of the differential pair transistors Q1 and Q5 of the main amplifier Main_Amp1 and the base input voltage of the differential pair transistors Q2 and Q6. The equalize switch SW6 that equalizes the base input voltage of the transistors Q3 and Q7 and the base input voltage of the differential pair transistors Q4 and Q8 is controlled to be in an OFF state. Further, at this time, a sense current RMR Isense set to 4 to 10 mA is supplied to the magnetoresistive head RMR.
HDDの動作モードが読み出しモードREAD MODEから書き込みモードWRITE MODEに状態が遷移すると、スイッチコントローラSW_CNTは、全てのスイッチSW1…SW9をオフ状態に制御する。 When the operation mode of the HDD transitions from the read mode READ MODE to the write mode WRITE MODE, the switch controller SW_CNT controls all the switches SW1.
HDDの動作モードが書き込みモードWRITE MODEから読み出しモードREAD MODEに状態が遷移すると、スイッチコントローラSW_CNTは、メインアンプMain_Amp1、2に接続されたスイッチSW7、SW8とベース電流補償回路BC_CCのスイッチSW9とをオン状態に制御することにより、メインアンプMain_Amp1の差動対トランジスタQ1、Q2、Q5、Q6が動作して、メインアンプMain_Amp2の差動対トランジスタQ3、Q4、Q7、Q8が動作する。この時に、スイッチコントローラSW_CNTはループアンプLoop_Amp1、2に接続されたスイッチSW1、SW2をオン状態に制御する一方、ループアンプLoop_Amp1、2に接続された他のスイッチSW3、SW4をオフ状態に制御する。従って、ループアンプLoop_Amp1、2は、定電流源I3、I4の電流により比較的高い抵抗の出力インピーダンスZout1、Zout2を持っている。この時に、スイッチコントローラSW_CNTは、メインアンプMain_Amp1の差動対トランジスタQ1、Q5のベース入力電圧と差動対トランジスタQ2、Q6のベース入力電圧とを等しくするイコライズスイッチSW5とメインアンプMain_Amp2の差動対トランジスタQ3、Q7のベース入力電圧と差動対トランジスタQ4、Q8のベース入力電圧とを等しくするイコライズスイッチSW6とを一時的にオン状態に制御して、その後オフ状態に制御している。 When the HDD operation mode transitions from the write mode WRITE MODE to the read mode READ MODE, the switch controller SW_CNT turns on the switches SW7 and SW8 connected to the main amplifiers Main_Amp1 and 2, and the switch SW9 of the base current compensation circuit BC_CC. By controlling the state, the differential pair transistors Q1, Q2, Q5, and Q6 of the main amplifier Main_Amp1 operate, and the differential pair transistors Q3, Q4, Q7, and Q8 of the main amplifier Main_Amp2 operate. At this time, the switch controller SW_CNT controls the switches SW1 and SW2 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 to an on state, and controls the other switches SW3 and SW4 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 to an off state. Therefore, the loop amplifiers Loop_Amp1, 2 have relatively high output impedances Zout1, Zout2 due to the currents of the constant current sources I3, I4. At this time, the switch controller SW_CNT makes the differential pair of the equalizing switch SW5 and the main amplifier Main_Amp2 equal to the base input voltage of the differential pair transistors Q1 and Q5 of the main amplifier Main_Amp1 and the base input voltage of the differential pair transistors Q2 and Q6. The equalize switch SW6 that equalizes the base input voltage of the transistors Q3 and Q7 and the base input voltage of the differential pair transistors Q4 and Q8 is temporarily controlled to be in an on state, and then controlled to be in an off state.
次に、HDDの動作モードが、書き込みモードWRITE MODEからアイドルモードIDLE MODEに状態が遷移する。アイドルモードIDLE MODEでは、HDDの磁気ディスクを回転するスピンドルモータの回転は停止されないが、磁気抵抗ヘッドRMRを搭載したアーム(サスペンション)を駆動するボイスコイルモータ(VCM)の駆動は停止され、更に磁気抵抗ヘッドRMRに供給されるセンス電流RMR Isenseもゼロアンペアとされる。書き込みモードWRITE MODEからアイドルモードIDLE MODEに状態が遷移すると、スイッチコントローラSW_CNTは、全てのスイッチSW1…SW9をオフ状態に制御する。 Next, the operation mode of the HDD changes from the write mode WRITE MODE to the idle mode IDLE MODE. In the idle mode IDLE MODE, the rotation of the spindle motor that rotates the magnetic disk of the HDD is not stopped, but the drive of the voice coil motor (VCM) that drives the arm (suspension) on which the magnetoresistive head RMR is mounted is stopped. The sense current RMR Isense supplied to the resistance head RMR is also zero amperes. When the state transitions from the write mode WRITE MODE to the idle mode IDLE MODE, the switch controller SW_CNT controls all the switches SW1... SW9 to the off state.
HDDの動作モードがアイドルモードIDLE MODEから読み出しモードREAD MODEに状態が遷移すると、磁気抵抗ヘッドRMRに供給されるセンス電流RMR Isenseも再び4〜10mAに設定される。スイッチコントローラSW_CNTは、メインアンプMain_Amp1、2に接続されたスイッチSW7、SW8とベース電流補償回路BC_CCのスイッチSW9とをオン状態に制御することにより、メインアンプMain_Amp1の差動対トランジスタQ1、Q2、Q5、Q6が動作して、メインアンプMain_Amp2の差動対トランジスタQ3、Q4、Q7、Q8が動作する。この時に、スイッチコントローラSW_CNTはループアンプLoop_Amp1、2に接続されたスイッチSW1、SW2をオン状態に制御する一方、ループアンプLoop_Amp1、2に接続された他のスイッチSW3、SW4を一時的にオン状態に制御する。従って、ループアンプLoop_Amp1、2は、定電流源I3、I4、I5、I6の大きな定電流により比較的低い抵抗の出力インピーダンスZout1、Zout2となる。従って、ループアンプLoop_Amp1、2の低出力インピーダンスZout1、Zout2によって、アイドルモードIDLE MODEから読み出しモードREAD MODEに状態が遷移した際のコンデンサC1の両端の電圧は放電状態から磁気抵抗ヘッドRMRの両端の間の数十mV〜数百mVの直流電圧に向かって高速追従されることができる。その後、ループアンプLoop_Amp1、2に接続された他のスイッチSW3、SW4はオフ状態に制御され、ループアンプLoop_Amp1、2は高出力インピーダンスZout1、Zout2の状態に復帰する。また、スイッチコントローラSW_CNTは、メインアンプMain_Amp1の差動対トランジスタQ1、Q5のベース入力電圧と差動対トランジスタQ2、Q6のベース入力電圧とを等しくするイコライズスイッチSW5とメインアンプMain_Amp2の差動対トランジスタQ3、Q7のベース入力電圧と差動対トランジスタQ4、Q8のベース入力電圧とを等しくするイコライズスイッチSW6とを一時的にオン状態に制御して、その後オフ状態に制御している。 When the operation mode of the HDD changes from the idle mode IDLE MODE to the read mode READ MODE, the sense current RMR Isense supplied to the magnetoresistive head RMR is also set to 4 to 10 mA again. The switch controller SW_CNT controls the switches SW7 and SW8 connected to the main amplifiers Main_Amp1 and 2 and the switch SW9 of the base current compensation circuit BC_CC to be in an on state, whereby the differential pair transistors Q1, Q2, and Q5 of the main amplifier Main_Amp1 , Q6 operate, and the differential pair transistors Q3, Q4, Q7, Q8 of the main amplifier Main_Amp2 operate. At this time, the switch controller SW_CNT controls the switches SW1 and SW2 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 to be in an on state, while temporarily setting the other switches SW3 and SW4 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 to an on state. Control. Accordingly, the loop amplifiers Loop_Amp1, 2 have output impedances Zout1, Zout2 having relatively low resistance due to the large constant currents of the constant current sources I3, I4, I5, I6. Therefore, when the state transitions from the idle mode IDLE MODE to the read mode READ MODE due to the low output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2, the voltage across the capacitor C1 is between the both ends of the magnetoresistive head RMR from the discharge state. Can be followed at high speed toward a DC voltage of several tens to several hundred mV. Thereafter, the other switches SW3 and SW4 connected to the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 are controlled to be turned off, and the loop amplifiers Loop_Amp1 and 2 are returned to the high output impedances Zout1 and Zout2. The switch controller SW_CNT also includes an equalize switch SW5 and a differential pair transistor of the main amplifier Main_Amp2 that equalize the base input voltage of the differential pair transistors Q1 and Q5 of the main amplifier Main_Amp1 and the base input voltage of the differential pair transistors Q2 and Q6. The equalizing switch SW6 that equalizes the base input voltages of Q3 and Q7 and the base input voltages of the differential pair transistors Q4 and Q8 is temporarily controlled to be in an on state, and then controlled to be in an off state.
≪具体的構成のプリアンプの電気的特性≫
図13は、図3に示したプリアンプの電圧利得Gvの周波数特性を示す図である。
≪Electrical characteristics of preamplifier with specific configuration≫
FIG. 13 is a diagram showing frequency characteristics of the voltage gain Gv of the preamplifier shown in FIG.
図3のプリアンプでコンデンサC1の容量値を566pFとした場合のプリアンプの電圧利得Gvの周波数特性が、図13の特性L1である。電圧利得Gvの最大値は約47dBであり、−3dBの周波数帯域は100KHzから845MHzとなっている。図13の特性L2は、磁気抵抗ヘッドの両端の信号を2個の結合容量を介して差動トランジスタのベースに印加して、2個の結合容量の容量値をそれぞれ283pFとし、2個の結合容量の総容量値を566pFとした場合のプリアンプの電圧利得Gvの周波数特性である。電圧利得Gvの最大値は約47dBであり、−3dBの周波数帯域は550KHzから745MHzと特性L1よりも狭い周波数帯域なっている。 The frequency characteristic of the voltage gain Gv of the preamplifier when the capacitance value of the capacitor C1 is 566 pF in the preamplifier of FIG. 3 is a characteristic L1 of FIG. The maximum value of the voltage gain Gv is about 47 dB, and the frequency band of −3 dB is from 100 KHz to 845 MHz. The characteristic L2 in FIG. 13 is that the signals at both ends of the magnetoresistive head are applied to the base of the differential transistor via two coupling capacitors, and the capacitance values of the two coupling capacitors are each set to 283 pF. This is a frequency characteristic of the voltage gain Gv of the preamplifier when the total capacitance value is 566 pF. The maximum value of the voltage gain Gv is about 47 dB, and the frequency band of −3 dB is 550 KHz to 745 MHz, which is a narrower frequency band than the characteristic L1.
図14は、図3に示したプリアンプの入力換算雑音の周波数特性を示す図である。入力換算雑音は、出力雑音を電圧利得Gvで割り算した値である。 FIG. 14 is a diagram showing the frequency characteristics of the input conversion noise of the preamplifier shown in FIG. The input equivalent noise is a value obtained by dividing the output noise by the voltage gain Gv.
図3のプリアンプでコンデンサC1の容量値を566pFとした場合のプリアンプの入力換算雑音の周波数特性が、図14の特性L1である。図14の特性L2は、磁気抵抗ヘッドの両端の信号を2個の結合容量を介して差動トランジスタのベースに印加して、2個の結合容量の容量値をそれぞれ283pFとし、2個の結合容量の総容量値を566pFとした場合のプリアンプの入力換算雑音の周波数特性である。 The frequency characteristic of the input conversion noise of the preamplifier when the capacitance value of the capacitor C1 is 566 pF in the preamplifier of FIG. 3 is the characteristic L1 of FIG. The characteristic L2 in FIG. 14 is that the signals at both ends of the magnetoresistive head are applied to the base of the differential transistor through two coupling capacitors, and the capacitance values of the two coupling capacitors are each set to 283 pF. It is a frequency characteristic of the input conversion noise of the preamplifier when the total capacitance value of the capacitance is 566 pF.
図13の特性L1に示すように図3に示したプリアンプの電圧利得Gvが図13の特性L2よりも低周波帯域で改善されているので、図14の特性L1に示すように図3に示したプリアンプの入力換算雑音の周波数特性が図14の特性L2よりも低周波帯域で改善されて、図14の特性L1は低レベルの入力換算雑音となっている。 As shown by the characteristic L1 in FIG. 13, the voltage gain Gv of the preamplifier shown in FIG. 3 is improved in the lower frequency band than the characteristic L2 in FIG. The frequency characteristics of the input equivalent noise of the preamplifier are improved in the low frequency band as compared with the characteristic L2 of FIG. 14, and the characteristic L1 of FIG. 14 is a low level input equivalent noise.
≪複数のヘッドの信号を増幅する複数のプリアンプ≫
(本発明の第3の実施形態)
図4は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の2個の磁気抵抗ヘッドRMR1、RMR2の微弱信号を増幅するための2個のプリアンプを含む本発明の好適な第3の実施形態による半導体集積回路を示す回路図である。
≪Multiple preamplifiers that amplify signals from multiple heads≫
(Third embodiment of the present invention)
FIG. 4 shows a semiconductor integrated circuit according to a third preferred embodiment of the present invention, which includes two preamplifiers for amplifying weak signals of two magnetoresistive heads RMR1 and RMR2 of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). It is a circuit diagram which shows a circuit.
図4に示したプリアンプは図3に示したプリアンプを2個有しているが、2個のプリアンプはループアンプLoop_Amp1、2を共有している。更に、プリアンプが2個となったことにより、2個のベース電流補償回路BC_CC1、BC_CC2が2個のプリアンプに接続されている。 The preamplifier shown in FIG. 4 has two preamplifiers shown in FIG. 3, but the two preamplifiers share the loop amplifiers Loop_Amp1 and Amp2. Furthermore, since there are two preamplifiers, two base current compensation circuits BC_CC1 and BC_CC2 are connected to the two preamplifiers.
図4の磁気抵抗ヘッドRMR1の信号を増幅するプリアンプのメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2は、図3に示したプリアンプのメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2と全く同様に構成されている。尚、メインアンプMain_Amp1とメインアンプMain_Amp3とは負荷抵抗R1、R3、R4を共有しており、メインアンプMain_Amp2とメインアンプMain_Amp4とは負荷抵抗R2、R5、R6を共有している。 The main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 of the preamplifier for amplifying the signal of the magnetoresistive head RMR1 of FIG. 4 are configured in exactly the same way as the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 of the preamplifier shown in FIG. The main amplifier Main_Amp1 and the main amplifier Main_Amp3 share the load resistors R1, R3, and R4, and the main amplifier Main_Amp2 and the main amplifier Main_Amp4 share the load resistors R2, R5, and R6.
図4の磁気抵抗ヘッドRMR2の非反転信号を増幅するメインアンプMain_Amp3は、信号増幅用の差動対トランジスタQ20、Q21と、ループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ24、Q25と、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ28、Q29、Q30、Q31と、負荷抵抗R1、R3、R4と、定電流源I8と、スイッチSW10、SW12と、抵抗R11、R13とで構成されている。トランジスタQ20、Q24のベースはメインアンプMain_Amp3の非反転入力端子(+)として機能する一方、トランジスタQ21、Q25のベースはメインアンプMain_Amp3の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMR2の両端の微弱信号は信号増幅用の差動対トランジスタQ20、Q21で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ28、Q31を介して負荷抵抗R1とメインアンプMain_Amp2の負荷抵抗R2とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMR2の両端の微弱信号はループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ24、Q25で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ29、Q30を介して負荷抵抗R3、R4とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号はループアンプLoop_Amp1の反転入力端子8(−)と非反転入力端子7(+)とに供給され、ループアンプLoop_Amp1の出力9はスイッチSW21を介してメインアンプMain_Amp3の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ21、Q25のベースとコンデンサC2の一端とに接続されている。
The main amplifier Main_Amp3 for amplifying the non-inverted signal of the magnetoresistive head RMR2 of FIG. 4 is a differential pair transistor Q20, Q21 for signal amplification, a differential pair transistor Q24, Q25 for driving a loop amplifier, and for improving high frequency characteristics. The common base transistors Q28, Q29, Q30, and Q31, load resistors R1, R3, and R4, a constant current source I8, switches SW10 and SW12, and resistors R11 and R13. The bases of the transistors Q20 and Q24 function as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp3, while the bases of the transistors Q21 and Q25 function as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp3. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR2 are current-amplified by differential pair transistors Q20 and Q21 for signal amplification, and the load resistance R1 and the load resistance of the main amplifier Main_Amp2 via the grounded base transistors Q28 and Q31 for improving high frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by R2, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
メインアンプMain_Amp3と同様にメインアンプMain_Amp4は、信号増幅用の差動対トランジスタQ22、Q23と、ループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ26、Q27と、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ32、Q33、Q34、Q35と、負荷抵抗R2、R5、R6と、定電流源I9と、スイッチSW11、SW13、抵抗R12、R14とで構成されている。トランジスタQ23、Q27のベースはメインアンプMain_Amp4の非反転入力端子(+)として機能する一方、トランジスタQ22、Q26のベースはメインアンプMain_Amp4の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMR2の両端の微弱信号は信号増幅用の差動対トランジスタQ22、Q23で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ32、Q35を介して負荷抵抗R2とメインアンプMain_Amp1の負荷抵抗R1とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMR2の両端の微弱信号はループアンプ駆動用の差動対トランジスタQ26、Q27で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ33、Q34を介して負荷抵抗R5、R6とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号はループアンプLoop_Amp2の反転入力端子11(−)と非反転入力端子10(+)とに供給され、ループアンプLoop_Amp2の出力12はスイッチSW22を介してメインアンプMain_Amp4の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ22、Q26のベースとコンデンサC2の他端とに接続されている。ループアンプLoop_Amp1と同様に、ループアンプLoop_Amp2は図11に示す回路又は図12に示す回路で構成されている。
Like the main amplifier Main_Amp3, the main amplifier Main_Amp4 includes a differential amplifier transistor Q22, Q23 for signal amplification, a differential transistor pair Q26, Q27 for driving a loop amplifier, and a grounded base transistor Q32, Q33 for improving high frequency characteristics. Q34, Q35, load resistors R2, R5, R6, a constant current source I9, switches SW11, SW13, resistors R12, R14. The bases of the transistors Q23 and Q27 function as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp4, while the bases of the transistors Q22 and Q26 function as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp4. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR2 are current-amplified by differential pair transistors Q22 and Q23 for signal amplification, and the load resistance R2 and the load resistance of the main amplifier Main_Amp1 via the grounded base transistors Q32 and Q35 for improving high frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by R1, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
図12は、図4に示した具体的構成によるプリアンプのループアンプLoop_Amp1の構成を示す回路図である。 FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of a preamplifier loop amplifier Loop_Amp1 having the specific configuration shown in FIG.
同図に示すように、ループアンプLoop_Amp1は、反転入力端子8(−)の反転入力信号と非反転入力端子7(+)の非反転入力信号とにより駆動される差動対トランジスタQ39、Q40と、PチャンネルMOSトランジスタM11、M12、M13、M14で構成された2個のP−MOSカレントミラーとNチャンネルMOSトランジスタM15、M16で構成された1つのN−MOSカレントミラーと、反転入力端子8(−)の反転入力信号と非反転入力端子7(+)の非反転入力信号とにより駆動される差動対トランジスタQ41、Q42と、PチャンネルMOSトランジスタM17、M18、M19、M20で構成された2個のP−MOSカレントミラーとNチャンネルMOSトランジスタM21、M22で構成された1つのN−MOSカレントミラーと、2個の定電流源I1、I5と、2個のスイッチSW1、SW3とで構成されている。4個のP−MOSカレントミラーと2個のN−MOSカレントミラーとを構成する12個のMOSトランジスタM11〜M16、M17〜M22のチャネル長を大きくまたこれらに流れる電流を小さく設定することにより、ループアンプLoop_Amp1の出力インピーダンスZoutを非常に高く設定することができる。上述のように、ループアンプLoop_Amp1の出力インピーダンスZout1の高抵抗とコンデンサC1の容量との積により、第1カットオフ周波数f1が設定される。この第1カットオフ周波数f1を更に低下させるために、同図に示すように4個のP−MOSカレントミラーと2個のN−MOSカレントミラーとに6個のコンデンサを接続することが推奨される。 As shown in the figure, the loop amplifier Loop_Amp1 includes differential pair transistors Q39 and Q40 driven by the inverting input signal of the inverting input terminal 8 (−) and the non-inverting input signal of the non-inverting input terminal 7 (+). , Two P-MOS current mirrors composed of P-channel MOS transistors M11, M12, M13 and M14, one N-MOS current mirror composed of N-channel MOS transistors M15 and M16, and an inverting input terminal 8 ( 2 composed of differential pair transistors Q41 and Q42 driven by the inverting input signal of −) and the non-inverting input signal of the non-inverting input terminal 7 (+), and P-channel MOS transistors M17, M18, M19 and M20. One composed of a P-MOS current mirror and N-channel MOS transistors M21 and M22 And N-MOS current mirror, and two constant current sources I1, I5, is composed of a two switches SW1, SW3. By setting the channel lengths of the twelve MOS transistors M11 to M16 and M17 to M22 constituting the four P-MOS current mirrors and the two N-MOS current mirrors to be large and the current flowing through them to be small, The output impedance Zout of the loop amplifier Loop_Amp1 can be set very high. As described above, the first cutoff frequency f1 is set by the product of the high resistance of the output impedance Zout1 of the loop amplifier Loop_Amp1 and the capacitance of the capacitor C1. In order to further reduce the first cut-off frequency f1, it is recommended to connect six capacitors to four P-MOS current mirrors and two N-MOS current mirrors as shown in FIG. The
図16は、図4に示した2個の磁気抵抗ヘッドRMR1、RMR2の選択動作に対応するプリアンプの複数のスイッチSW1…SW22のスイッチコントローラSW_CNTによるオン・オフ制御動作を説明する図である。 FIG. 16 is a diagram for explaining an on / off control operation by the switch controller SW_CNT of the plurality of switches SW1 to SW22 of the preamplifier corresponding to the selection operation of the two magnetoresistive heads RMR1 and RMR2 shown in FIG.
磁気抵抗ヘッドRMR1が選択され、磁気抵抗ヘッドRMR2が非選択の場合は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2のスイッチSW3、SW4はオフ状態に制御され、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2のイコライズスイッチSW5、SW6もオフ状態に制御される。一方、磁気抵抗ヘッドRMR1からの微弱信号を増幅するメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2のスイッチSW7、SW8とベース電流補償回路BC_CC1のスイッチSW9とはオン状態に制御され、磁気抵抗ヘッドRMR1に接続されたスイッチSW15、SW16はオン状態に制御され、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力とメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の反転入力端子(−)との間に接続されたスイッチSW19、SW20もオン状態に制御される。 When the magnetoresistive head RMR1 is selected and the magnetoresistive head RMR2 is not selected, the switches SW3 and SW4 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 are controlled to be turned off, and the equalizing switches SW5 and SW6 of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are also turned off. Controlled. On the other hand, the switches SW7 and SW8 of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 that amplify the weak signal from the magnetoresistive head RMR1 and the switch SW9 of the base current compensation circuit BC_CC1 are controlled to be on, and the switch SW15 connected to the magnetoresistive head RMR1. , SW16 are controlled to be on, and switches SW19, SW20 connected between the outputs of the loop amplifiers Loop_Amp1, Loop_Amp2 and the inverting input terminals (−) of the main amplifiers Main_Amp1, Main_Amp2 are also controlled to be on.
磁気抵抗ヘッドRMR2からの微弱信号を増幅するメインアンプMain_Amp3、Main_Amp4のイコライズスイッチSW10、SW11もオフ状態に制御される。一方、メインアンプMain_Amp3、Main_Amp4のスイッチSW12、SW13とベース電流補償回路BC_CC2のスイッチSW14とはオフ状態に制御され、磁気抵抗ヘッドRMR2に接続されたスイッチSW17、SW18はオフ状態に制御され、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力とメインアンプMain_Amp3、Main_Amp4の反転入力端子(−)との間に接続されたスイッチSW21、SW22もオフ状態に制御される。 The equalizing switches SW10 and SW11 of the main amplifiers Main_Amp3 and Main_Amp4 that amplify a weak signal from the magnetoresistive head RMR2 are also controlled to be in an off state. On the other hand, the switches SW12 and SW13 of the main amplifiers Main_Amp3 and Main_Amp4 and the switch SW14 of the base current compensation circuit BC_CC2 are controlled to be in an off state, and the switches SW17 and SW18 connected to the magnetoresistive head RMR2 are controlled to be in an off state. The switches SW21 and SW22 connected between the outputs of Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the inverting input terminals (−) of the main amplifiers Main_Amp3 and Main_Amp4 are also controlled to be in the OFF state.
磁気抵抗ヘッドRMR1が非選択とされ、磁気抵抗ヘッドRMR2が選択される場合は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2のスイッチSW3、SW4は一時的にオン状態とされた後にオフ状態に制御され、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2のイコライズスイッチSW5、SW6もオフ状態に制御される。一方、磁気抵抗ヘッドRMR1からの微弱信号を増幅するメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2のスイッチSW7、SW8とベース電流補償回路BC_CC1のスイッチSW9とはオフ状態に制御され、磁気抵抗ヘッドRMR1に接続されたスイッチSW15、SW16はオフ状態に制御され、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力とメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の反転入力端子(−)との間に接続されたスイッチSW19、SW20もオフ状態に制御される。 When the magnetoresistive head RMR1 is not selected and the magnetoresistive head RMR2 is selected, the switches SW3 and SW4 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 are temporarily turned on and then controlled to the off state, and the main amplifier Main_Amp1 , Main_Amp2 equalizing switches SW5 and SW6 are also controlled to be in an off state. On the other hand, the switches SW7 and SW8 of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 that amplify the weak signal from the magnetoresistive head RMR1 and the switch SW9 of the base current compensation circuit BC_CC1 are controlled to be in the off state, and the switch SW15 connected to the magnetoresistive head RMR1. , SW16 are controlled to be in an off state, and switches SW19 and SW20 connected between the outputs of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the inverting input terminals (−) of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are also controlled to be in an off state.
磁気抵抗ヘッドRMR2からの微弱信号を増幅するメインアンプMain_Amp3、Main_Amp4のイコライズスイッチSW10、SW11は、一時的にオン状態とされた後にオフ状態に制御される。一方、メインアンプMain_Amp3、Main_Amp4のスイッチSW12、SW13とベース電流補償回路BC_CC2のスイッチSW14とはオン状態に制御され、磁気抵抗ヘッドRMR2に接続されたスイッチSW17、SW18はオン状態に制御され、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力とメインアンプMain_Amp3、Main_Amp4の反転入力端子(−)との間に接続されたスイッチSW21、SW22もオン状態に制御される。 The equalizing switches SW10 and SW11 of the main amplifiers Main_Amp3 and Main_Amp4 for amplifying a weak signal from the magnetoresistive head RMR2 are controlled to be turned off after being temporarily turned on. On the other hand, the switches SW12 and SW13 of the main amplifiers Main_Amp3 and Main_Amp4 and the switch SW14 of the base current compensation circuit BC_CC2 are controlled to be on, and the switches SW17 and SW18 connected to the magnetoresistive head RMR2 are controlled to be on. The switches SW21 and SW22 connected between the outputs of Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the inverting input terminals (−) of the main amplifiers Main_Amp3 and Main_Amp4 are also controlled to be in the on state.
再び磁気抵抗ヘッドRMR1が選択され、磁気抵抗ヘッドRMR2が非選択となると、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2のスイッチSW3、SW4は一時的にオン状態とされた後にオフ状態に制御され、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2のイコライズスイッチSW5、SW6も一時的にオン状態とされた後にオフ状態に制御される。 When the magnetoresistive head RMR1 is selected again and the magnetoresistive head RMR2 is not selected, the switches SW3 and SW4 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 are temporarily turned on and then controlled to the off state, and the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are controlled. The equalize switches SW5 and SW6 are also turned on after being temporarily turned on.
≪プリアンプのその他の構成≫
(本発明の第4の実施形態)
図5は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための他の基本構成によるプリアンプを含む本発明の第4の実施形態による半導体集積回路を示すブロック図である。
≪Other preamp configurations≫
(Fourth embodiment of the present invention)
FIG. 5 is a block diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a fourth embodiment of the present invention including a preamplifier having another basic configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). It is.
図5に示したプリアンプの構成が図1に示したプリアンプの構成と相違するのは、図1ではループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とがメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転出力端子(+)と反転出力端子(−)に接続されていたのに対して、図5ではループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とがメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)と並列に接続されていることである。更に、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の差動トランジスタが図7に示すように絶縁ゲートを持つMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4により構成されているので、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の入力インピーダンスZin1、Zin2が極めて高い抵抗値に設定されている。逆に、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスは、比較的低い抵抗値に設定されている。 The configuration of the preamplifier shown in FIG. 5 differs from the configuration of the preamplifier shown in FIG. 1 in that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 in FIG. In contrast to being connected to the non-inverting output terminal (+) and inverting output terminal (−) of Main_Amp1 and Main_Amp2, in FIG. 5, the non-inverting input terminal (+) and inverting input terminal (−) of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 ) Is connected in parallel with the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2. Further, since the differential transistors of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are composed of MOS transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 having insulated gates as shown in FIG. 7, the non-inverting input terminals (+ of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2) ) And the inverting input terminal (−), input impedances Zin1 and Zin2 are set to extremely high resistance values. Conversely, the output impedances of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 are set to relatively low resistance values.
図6は、図5に示したプリアンプ内部の各回路の伝達量の周波数依存特性を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing the frequency dependence characteristics of the transmission amount of each circuit in the preamplifier shown in FIG.
図6の1番目は、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の自体の周波数特性を示しており、直流成分および超低周波の領域から高周波の領域まで高い電圧利得を有している。 The first part of FIG. 6 shows the frequency characteristics of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 themselves, and has a DC component and a high voltage gain from a very low frequency region to a high frequency region.
図6の2番目は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の比較的低い出力インピーダンスZout1、Zout2とコンデンサC1とによる負帰還信号DC & SLf_NFB1、DC & SLf_NFB2の伝達量の周波数特性を示しており、比較的高い第1カットオフ周波数fc1までの直流成分および超低周波の領域では高い伝達量を有しているが、第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数fc1´では1(0dB)に減少している。この第1カットオフ周波数fc1は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZout1、Zout2の比較的低い抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。 The second part of FIG. 6 shows the frequency characteristics of the transfer amounts of the negative feedback signals DC & SLf_NFB1 and DC & SLf_NFB2 due to the relatively low output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the capacitor C1. Although the DC component up to the first cut-off frequency fc1 and the ultra low frequency region have a high transmission amount, the frequency fc1 ′ higher than the first cut-off frequency fc1 decreases to 1 (0 dB). The first cut-off frequency fc1 is determined by the product of a relatively low resistance value of the output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1.
図6の3番目は、メインアンプMain_Amp1の極めて高い第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量とメインアンプMain_Amp2の極めて高い第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量と周波数特性を示している。これらの伝達量は極めて低い第2カットオフ周波数fc2までは大きな値であるが、第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数では急激に減衰する。尚、第2カットオフ周波数fc2は、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1およびメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2の極めて抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。 The third part of FIG. 6 shows the amount of transmission from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 through the extremely high first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the extremely high level of the main amplifier Main_Amp2. The amount of transmission and frequency characteristics from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 via the second input impedance Zin2 are shown. These transmission amounts are large values up to a very low second cutoff frequency fc2, but are rapidly attenuated at frequencies higher than the second cutoff frequency fc2. The second cutoff frequency fc2 is determined by the product of the extremely high resistance value of the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1.
また、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とは、比較的高い第1カットオフ周波数fc1よりも遥かに高い周波数において略0%の負帰還となる。さらに、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とは、比較的低い第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´において略0%の伝達量となる。 Also, the amount of transmission of the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the amount of transmission of the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. Is approximately 0% negative feedback at a frequency much higher than the relatively high first cutoff frequency fc1. Further, via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1, the transmission amount LPF1 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 The transmission amount LPF2 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is a transmission amount of approximately 0% at a frequency fc2 ′ higher than the relatively low second cutoff frequency fc2. .
メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)およびメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルに維持されているのに対して、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)およびメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数fc1´の信号により駆動されている。 The inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 are maintained at the levels of the DC signal, the very low frequency signal, and the low frequency signal of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. On the other hand, the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 and the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2 are based on the first cutoff frequency fc1 of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. Is driven by a signal having a high frequency fc1 ′.
この直流信号、超低周波信号および低周波信号の状態では、略100%の負帰還と略100%の伝達とにより、図6の4番目に示すようにメインアンプMain_Amp1とループアンプLoop_Amp1とからなる第1アンプAMP1およびメインアンプMain_Amp2とループアンプLoop_Amp2とからなる第2アンプAMP2の電圧利得は略1(0dB)となり、高い電圧利得での直流信号の直流増幅も超低周波信号および低周波信号の低周波増幅もアンプAMP1、AMP2により行われることはない。 In the state of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low frequency signal, the main amplifier Main_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp1 are formed by the negative feedback of about 100% and the transmission of about 100%, as shown in the fourth part of FIG. The voltage gain of the second amplifier AMP2 including the first amplifier AMP1, the main amplifier Main_Amp2, and the loop amplifier Loop_Amp2 is approximately 1 (0 dB), and the DC amplification of the DC signal with a high voltage gain is also performed for the ultra-low frequency signal and the low frequency signal. Low frequency amplification is not performed by the amplifiers AMP1 and AMP2.
また、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とは、第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数fc1´において略0%の負帰還となる。さらに、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とは、比較的低い第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´において略0%の伝達量となる。 Further, the transmission amount of the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the transmission amount of the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. Is substantially 0% negative feedback at a frequency fc1 ′ higher than the first cutoff frequency fc1. Further, via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1, the transmission amount LPF1 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 The transmission amount LPF2 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is a transmission amount of approximately 0% at a frequency fc2 ′ higher than the relatively low second cutoff frequency fc2. .
メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)およびメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルに維持されているのに対して、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)およびメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数fc1´の信号により駆動されている。 The inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 are maintained at the levels of the DC signal, the very low frequency signal, and the low frequency signal of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. On the other hand, the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 and the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2 are based on the first cutoff frequency fc1 of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. Is driven by a signal having a high frequency fc1 ′.
この中間周波信号(100KHz)および高周波信号の状態では、略0%の負帰還と略0%の伝達とにより、図6の4番目に示すようにメインアンプMain_Amp1とループアンプLoop_Amp1とからなる第1アンプAMP1およびメインアンプMain_Amp2とループアンプLoop_Amp2とからなる第2アンプAMP2の電圧利得は例えば約47dBの高電圧利得となり、高い電圧利得での中間周波信号および高周波信号の増幅をアンプAMP1、AMP2により行うことが可能となる。 In the state of the intermediate frequency signal (100 KHz) and the high frequency signal, the first consisting of the main amplifier Main_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp1 as shown in the fourth part of FIG. 6 by the negative feedback of about 0% and the transmission of about 0%. The voltage gain of the second amplifier AMP2 including the amplifier AMP1, the main amplifier Main_Amp2, and the loop amplifier Loop_Amp2 is, for example, a high voltage gain of about 47 dB, and the amplifiers AMP1 and AMP2 amplify the intermediate frequency signal and the high frequency signal with a high voltage gain. It becomes possible.
図7は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための具体的構成によるプリアンプを含む本発明の好適な実施形態による半導体集積回路を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a preferred embodiment of the present invention including a preamplifier having a specific configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). .
図7に示した具体的構成によるプリアンプの構成と動作とは、図5に示した基本構成のプリアンプの基本構成と図6に示した基本動作と基本的に同一であるが、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の入力インピーダンスZin1、Zin2が極めて高い抵抗値に設定するために差動対トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4に絶縁ゲートを有するMOSトランジスタを使用している。図10では、図5に示したメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2とループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2とがMOS半導体増幅素子と半導体受動素子で具体的に構成されているとともに、メインアンプMain_Amp2、Main_Amp2からの出力信号を増幅する出力差動アンプ6と、ハードディスクドライブ(HDD)の動作モード信号MODEに応答して複数のスイッチSW1…SW9のオン・オフを制御するスイッチコントローラSW_CNTとが追加されている。
The configuration and operation of the preamplifier with the specific configuration shown in FIG. 7 are basically the same as the basic configuration of the preamplifier shown in FIG. 5 and the basic operation shown in FIG. 6, but the main amplifier Main_Amp1, In order to set the input impedances Zin1 and Zin2 between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of Main_Amp2 to an extremely high resistance value, an insulating gate is provided to the differential pair transistors Q1, Q2, Q3, and Q4. The MOS transistor which has is used. In FIG. 10, the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 and the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 shown in FIG. 5 are specifically composed of MOS semiconductor amplification elements and semiconductor passive elements, and output signals from the main amplifiers Main_Amp2 and Main_Amp2 An
メインアンプMain_Amp1は、信号増幅用の差動対MOSトランジスタQ1、Q2と、高周波特性改善用のゲート接地MOSトランジスタQ9、Q12と、負荷抵抗R1と、定電流源I1と、スイッチSW5、SW7と、抵抗R7とで構成されている。MOSトランジスタQ1のゲートはメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)として機能する一方、MOSトランジスタQ2のゲートはメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は信号増幅用の差動対MOSトランジスタQ1、Q2で電流増幅され、高周波特性改善用のゲート接地MOSトランジスタQ9、Q12を介して負荷抵抗R1とメインアンプMain_Amp2の負荷抵抗R2とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号はループアンプLoop_Amp1の非反転入力端子7(+)と反転入力端子8(−)とに供給され、ループアンプLoop_Amp1の出力9はメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)としてのMOSトランジスタQ2のゲートとコンデンサC1の一端とに接続されている。
The main amplifier Main_Amp1 includes differential pair MOS transistors Q1 and Q2 for signal amplification, gate-grounded MOS transistors Q9 and Q12 for improving high frequency characteristics, a load resistor R1, a constant current source I1, switches SW5 and SW7, It consists of a resistor R7. The gate of the MOS transistor Q1 functions as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1, while the gate of the MOS transistor Q2 functions as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current-amplified by the differential pair MOS transistors Q1 and Q2 for signal amplification, and are connected to the load resistor R1 and the main amplifier Main_Amp2 via the gate-grounded MOS transistors Q9 and Q12 for improving high-frequency characteristics. Voltage amplification is performed by converting the voltage to the load resistor R2, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
メインアンプMain_Amp1と同様にメインアンプMain_Amp2は、信号増幅用の差動対MOSトランジスタQ3、Q4と、高周波特性改善用のゲート接地MOSトランジスタQ13、Q16と、負荷抵抗R2、定電流源I2と、スイッチSW6、SW8、抵抗R8とで構成されている。MOSトランジスタQ4のゲートはメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)として機能する一方、MOSトランジスタQ3のゲートはメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は信号増幅用の差動対MOSトランジスタQ3、Q4で電流増幅され、高周波特性改善用のゲート接地MOSトランジスタQ13、Q16を介して負荷抵抗R2とメインアンプMain_Amp1の負荷抵抗R1とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号はループアンプLoop_Amp2の非反転入力端子10(+)と反転入力端子11(−)とに供給され、ループアンプLoop_Amp2の出力12はメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ3のゲートとコンデンサC1の他端とに接続されている。ループアンプLoop_Amp1と同様に、ループアンプLoop_Amp2は例えば図11に示す回路で構成されている。
Like the main amplifier Main_Amp1, the main amplifier Main_Amp2 includes a differential pair MOS transistors Q3 and Q4 for signal amplification, gate-grounded MOS transistors Q13 and Q16 for improving high frequency characteristics, a load resistor R2, a constant current source I2, and a switch. SW6, SW8 and resistor R8 are included. The gate of the MOS transistor Q4 functions as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2, while the gate of the MOS transistor Q3 functions as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current-amplified by the differential pair MOS transistors Q3 and Q4 for signal amplification, and are connected to the load resistor R2 and the main amplifier Main_Amp1 via the gate-grounded MOS transistors Q13 and Q16 for improving high-frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by the load resistor R1, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
(本発明の第5の実施形態)
図8は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための他の基本構成によるプリアンプを含む本発明の第5の実施形態による半導体集積回路を示すブロック図である。
(Fifth embodiment of the present invention)
FIG. 8 is a block diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a fifth embodiment of the present invention including a preamplifier having another basic configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). It is.
図8に示したプリアンプの構成が図1に示したプリアンプの構成と相違するのは、図1ではループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とがメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転出力端子と反転出力端子に接続されていたのに対して、図8ではループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)とがメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)と並列に接続されていることであり、その他は図1と同一である。また、図5ではメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の入力インピーダンスZin1、Zin2が極めて高い抵抗値に設定されていたのに対して、図8ではメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の入力インピーダンスZin1、Zin2が比較的低い抵抗値に設定されてる。 The configuration of the preamplifier shown in FIG. 8 is different from the configuration of the preamplifier shown in FIG. 1 in that the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 in FIG. 8 is connected to the non-inverting output terminal and the inverting output terminal of Main_Amp1 and Main_Amp2, whereas in FIG. 8, the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 are the main amplifier Main_Amp1. , Main_Amp2 are connected in parallel to the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−), and the other components are the same as those in FIG. Further, in FIG. 5, the input impedances Zin1 and Zin2 between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are set to extremely high resistance values. 8, the input impedances Zin1 and Zin2 between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are set to relatively low resistance values.
図9は、図8に示したプリアンプ内部の各回路の伝達量の周波数依存特性を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the frequency dependence characteristics of the transmission amount of each circuit in the preamplifier shown in FIG.
図9の1番目は、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の自体の周波数特性を示しており、直流成分および超低周波の領域から高周波の領域まで高い電圧利得を有している。 The first part of FIG. 9 shows the frequency characteristics of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 themselves, and has a DC component and a high voltage gain from a very low frequency region to a high frequency region.
図9の2番目は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZout1、Zout2とコンデンサC1とによる負帰還信号DC & SLf_NFB1、DC & SLf_NFB2の伝達量の周波数特性を示しており、比較的低い第1カットオフ周波数fc1までの直流成分および超低周波の領域では高い伝達量を有しているが、第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数では1(0dB)に減少している。この第1カットオフ周波数fc1は、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスZout1、Zout2の極めて高い抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。 The second part of FIG. 9 shows the frequency characteristics of the transfer amounts of the negative feedback signals DC & SLf_NFB1 and DC & SLf_NFB2 due to the output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the capacitor C1, and the first cut is relatively low. Although the DC component up to the off frequency fc1 and the ultra low frequency region have a high transmission amount, the frequency is lower than 1 (0 dB) at a frequency higher than the first cutoff frequency fc1. The first cut-off frequency fc1 is determined by the product of extremely high resistance values of the output impedances Zout1 and Zout2 of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1.
図9の3番目は、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量と周波数特性を示している。これらの伝達量は比較的高い第2カットオフ周波数fc2までは大きな値であるが、第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´では急激に減衰する。尚、第2カットオフ周波数fc2は、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1およびメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2の比較的低い抵抗値とコンデンサC1の容量値との積で決定される。 The third part of FIG. 9 shows the amount of transmission from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance of the main amplifier Main_Amp2. The amount of transmission and frequency characteristics from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 via Zin2 are shown. These transmission amounts are large values up to a relatively high second cutoff frequency fc2, but rapidly attenuate at a frequency fc2 ′ higher than the second cutoff frequency fc2. The second cutoff frequency fc2 is determined by the product of the relatively low resistance value of the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 and the capacitance value of the capacitor C1.
また、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とは、比較的低い第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数fc1´において略0%の負帰還となる。さらに、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とは、比較的高い第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´において略0%の伝達量となる。 Further, the amount of transmission of the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1, and the amount of transmission of the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. Is a negative feedback of approximately 0% at a frequency fc1 ′ higher than the relatively low first cutoff frequency fc1. Further, via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1, the transmission amount LPF1 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 The transmission amount LPF2 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is a transmission amount of approximately 0% at a frequency fc2 ′ higher than the relatively high second cutoff frequency fc2. .
メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)およびメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルに維持されているのに対して、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)およびメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの比較的高い第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´の信号により駆動されている。 The inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 are maintained at the levels of the DC signal, the very low frequency signal, and the low frequency signal of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. In contrast, the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 and the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2 have a relatively high second cutoff of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. It is driven by a signal having a frequency fc2 ′ higher than the frequency fc2.
この直流信号、超低周波信号および低周波信号の状態では、略100%の負帰還と略100%の伝達とにより、図9の4番目に示すようにメインアンプMain_Amp1とループアンプLoop_Amp1とからなる第1アンプAMP1およびメインアンプMain_Amp2とループアンプLoop_Amp2とからなる第2アンプAMP2の電圧利得は略1(0dB)となり、高い電圧利得での直流信号の直流増幅も超低周波信号および低周波信号の低周波増幅もアンプAMP1、AMP2により行われることはない。 In the state of the DC signal, the ultra-low frequency signal, and the low frequency signal, the main amplifier Main_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp1 are constituted by the negative feedback of about 100% and the transmission of about 100%, as shown in the fourth part of FIG. The voltage gain of the second amplifier AMP2 composed of the first amplifier AMP1, the main amplifier Main_Amp2, and the loop amplifier Loop_Amp2 is approximately 1 (0 dB), and the DC amplification of the DC signal with a high voltage gain is also performed for the ultra-low frequency signal and the low frequency signal. Low frequency amplification is not performed by the amplifiers AMP1 and AMP2.
また、メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)への第1負帰還信号DC & SLf_NFB1の伝達量とメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)への第2負帰還信号DC & SLf_NFB2の伝達量とは、第1カットオフ周波数fc1よりも高い周波数である中間周波信号および高周波信号において略0%の負帰還となる。さらに、メインアンプMain_Amp1の第1入力インピーダンスZin1を介してメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF1とメインアンプMain_Amp2の第2入力インピーダンスZin2を介してメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)から反転入力端子(−)への伝達量LPF2とは、第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´において略0%の伝達量となる。 Further, the amount of transmission of the first negative feedback signal DC & SLf_NFB1 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1, and the amount of transmission of the second negative feedback signal DC & SLf_NFB2 to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. Is substantially 0% negative feedback in the intermediate frequency signal and the high frequency signal that are higher than the first cut-off frequency fc1. Further, via the first input impedance Zin1 of the main amplifier Main_Amp1, the transmission amount LPF1 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the second input impedance Zin2 of the main amplifier Main_Amp2 The transmission amount LPF2 from the non-inverting input terminal (+) to the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 is a transmission amount of approximately 0% at a frequency fc2 ′ higher than the second cutoff frequency fc2.
メインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)およびメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの直流信号、超低周波信号および低周波信号のレベルに維持されているのに対して、メインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)およびメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)は非反転入力信号+Vinおよび反転入力信号−Vinの比較的高い第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´の信号により駆動されている。 The inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1 and the inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2 are maintained at the levels of the DC signal, the very low frequency signal, and the low frequency signal of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. In contrast, the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1 and the non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2 have a relatively high second cutoff of the non-inverting input signal + Vin and the inverting input signal −Vin. It is driven by a signal having a frequency fc2 ′ higher than the frequency fc2.
この比較的高い第2カットオフ周波数fc2よりも高い周波数fc2´の信号による駆動の状態では、略0%の負帰還と略0%の伝達とにより、図9の4番目に示すようにメインアンプMain_Amp1とループアンプLoop_Amp1とからなる第1アンプAMP1およびメインアンプMain_Amp2とループアンプLoop_Amp2とからなる第2アンプAMP2の電圧利得は例えば約47dBの高電圧利得となり、高い電圧利得での中間周波信号および高周波信号の増幅をアンプAMP1、AMP2により行うことが可能となる。 In the state of driving with a signal having a frequency fc2 ′ higher than the relatively high second cut-off frequency fc2, the main amplifier has a negative feedback of about 0% and a transmission of about 0% as shown in the fourth part of FIG. The voltage gain of the first amplifier AMP1 composed of Main_Amp1 and the loop amplifier Loop_Amp1 and the second amplifier AMP2 composed of the main amplifier Main_Amp2 and the loop amplifier Loop_Amp2 becomes a high voltage gain of about 47 dB, for example, and the intermediate frequency signal and the high frequency with a high voltage gain. Signal amplification can be performed by the amplifiers AMP1 and AMP2.
≪その他のプリアンプの具体的構成≫
図10は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための具体的構成によるプリアンプを含む本発明の好適な実施形態による半導体集積回路を示す回路図である。
≪Specific configuration of other preamplifiers≫
FIG. 10 is a circuit diagram showing a semiconductor integrated circuit according to a preferred embodiment of the present invention including a preamplifier having a specific configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). .
図10に示した具体的構成によるプリアンプの構成と動作とは、図8に示した基本構成のプリアンプの基本構成と図9に示した基本動作と基本的に同一である。図10では、図8に示したメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2とループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2とが半導体増幅素子と半導体受動素子で具体的に構成されているとともに、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2からの出力信号を増幅する出力差動アンプ6と、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2を構成する半導体増幅素子としてのNPN型のバイポーラトランジスタのベース電流を補償するベース電流補償回路BC_CCと、ハードディスクドライブ(HDD)の動作モード信号MODEに応答して複数のスイッチSW1…SW9のオン・オフを制御するスイッチコントローラSW_CNTとが追加されている。
The configuration and operation of the preamplifier having the specific configuration shown in FIG. 10 are basically the same as the basic configuration of the preamplifier shown in FIG. 8 and the basic operation shown in FIG. In FIG. 10, the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 and the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 shown in FIG. 8 are specifically composed of semiconductor amplifying elements and semiconductor passive elements, and the output signals from the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are amplified. The
メインアンプMain_Amp1は、信号増幅用の差動対トランジスタQ1、Q2と、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ9、Q12と、負荷抵抗R1と、定電流源I1と、スイッチSW5、SW7と、抵抗R7、R9とで構成されている。トランジスタQ1のベースはメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)として機能する一方、トランジスタQ2のベースはメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は信号増幅用の差動対トランジスタQ1、Q2で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ9、Q12を介して負荷抵抗R1とメインアンプMain_Amp2の負荷抵抗R2とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号はループアンプLoop_Amp1の非反転入力端子7(+)と反転入力端子8(−)とに供給され、ループアンプLoop_Amp1の出力9はメインアンプMain_Amp1の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ2のベースとコンデンサC1の一端とに接続されている。
The main amplifier Main_Amp1 includes differential amplifier transistors Q1 and Q2 for signal amplification, common base transistors Q9 and Q12 for improving high frequency characteristics, a load resistor R1, a constant current source I1, switches SW5 and SW7, and a resistor R7. , R9. The base of the transistor Q1 functions as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp1, while the base of the transistor Q2 functions as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp1. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current-amplified by the differential pair transistors Q1 and Q2 for signal amplification, and the load resistance R1 and the load resistance of the main amplifier Main_Amp2 through the grounded base transistors Q9 and Q12 for improving the high frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by R2, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
メインアンプMain_Amp1と同様にメインアンプMain_Amp2は、信号増幅用の差動対トランジスタQ3、Q4と、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ13、Q16と、負荷抵抗R2、定電流源I2と、スイッチSW6、SW8、抵抗R8、R10とで構成されている。トランジスタQ4のベースはメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)として機能する一方、トランジスタQ3のベースはメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)として機能する。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号は信号増幅用の差動対トランジスタQ3、Q4で電流増幅され、高周波特性改善用のベース接地トランジスタQ13、Q16を介して負荷抵抗R2とメインアンプMain_Amp1の負荷抵抗R1とで電圧に変換されることにより電圧増幅が行われ、増幅電圧信号は出力差動アンプ6の差動入力に供給される。磁気抵抗ヘッドRMRの両端の微弱信号はループアンプLoop_Amp2の非反転入力端子10(+)と反転入力端子11(−)とに供給され、ループアンプLoop_Amp2の出力12はメインアンプMain_Amp2の反転入力端子(−)としてのトランジスタQ3のベースとコンデンサC1の他端とに接続されている。ループアンプLoop_Amp1と同様に、ループアンプLoop_Amp2は例えば図11に示す回路で構成されている。
Like the main amplifier Main_Amp1, the main amplifier Main_Amp2 includes a differential pair transistors Q3 and Q4 for signal amplification, a grounded base transistor Q13 and Q16 for improving high frequency characteristics, a load resistor R2, a constant current source I2, a switch SW6, It consists of SW8 and resistors R8 and R10. The base of the transistor Q4 functions as a non-inverting input terminal (+) of the main amplifier Main_Amp2, while the base of the transistor Q3 functions as an inverting input terminal (−) of the main amplifier Main_Amp2. The weak signals at both ends of the magnetoresistive head RMR are current-amplified by the differential pair transistors Q3 and Q4 for signal amplification, and the load resistance R2 and the load resistance of the main amplifier Main_Amp1 via the grounded base transistors Q13 and Q16 for improving high frequency characteristics. The voltage is amplified by being converted into a voltage by R1, and the amplified voltage signal is supplied to the differential input of the
図10のベース電流補償回路BC_CCのスイッチコントローラSW_CNTとは、図1のベース電流補償回路BC_CCのスイッチコントローラSW_CNTと全く同一となっている。 The switch controller SW_CNT of the base current compensation circuit BC_CC in FIG. 10 is exactly the same as the switch controller SW_CNT of the base current compensation circuit BC_CC in FIG.
図17は垂直磁気記録方式のハードディスクドライブ(HDD)の磁気抵抗ヘッドRMRの微弱信号を増幅するための具体的構成によるプリアンプを含む本発明の他の好適な実施形態による半導体集積回路を示す回路図である。図7に示したメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の差動トランジスタが絶縁ゲートを持つMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4により構成されることによりメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の入力インピーダンスZin1、Zin2が極めて高い抵抗値に設定されたのに対して、図17に示したメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の差動トランジスタが絶縁ゲートを持つMOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4により構成されていながらメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間の入力インピーダンスZin1、Zin2が比較的低い抵抗値に設定される。また、ループアンプLoop_Amp1、Loop_Amp2の出力インピーダンスは、比較的高い抵抗値に設定されている。 FIG. 17 is a circuit diagram showing a semiconductor integrated circuit according to another preferred embodiment of the present invention including a preamplifier having a specific configuration for amplifying a weak signal of a magnetoresistive head RMR of a perpendicular magnetic recording type hard disk drive (HDD). It is. The differential transistors of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 shown in FIG. 7 are composed of MOS transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 having insulated gates, so that the non-inverting input terminals (+) and the inverting inputs of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 The input impedances Zin1 and Zin2 between the terminal (−) are set to extremely high resistance values, whereas the differential transistors of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 shown in FIG. The input impedances Zin1 and Zin2 between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 are set to relatively low resistance values while being configured by Q2, Q3, and Q4. It is. The output impedances of the loop amplifiers Loop_Amp1 and Loop_Amp2 are set to relatively high resistance values.
図17に示した具体的構成によるプリアンプでは、図10に示したプリアンプのメインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の差動対バイポーラトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4はNチャンネルMOSトランジスタQ1、Q01、Q2、Q02、Q3、Q03、Q4、Q04により構成されたカレントミラーに置換されている。バイポーラトランジスタはベース電流を電流増幅する電流増幅機能を持っているが、MOSトランジスタのゲートの直流インピーダンスは極めて高く電流増幅機能を持っていない。MOSトランジスタに電流増幅を行わせるために、MOSトランジスタにより構成されたカレントミラーが使用される。例えば、カレントミラーの入力トランジスタであるダイオード接続のNチャンネルMOSトランジスタQ01、Q02、Q03、Q04の素子サイズ(チャンネル幅W/チャンネル長L)を、カレントミラーの出力トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4の素子サイズ(チャンネル幅W/チャンネル長L)の100分の1に設定する。すると、カレントミラーの入力トランジスタのNチャンネルMOSトランジスタQ01、Q02、Q03、Q04に流れる入力電流の100倍の出力電流が、カレントミラーの出力トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4に流れることになる。このカレントミラーのミラー比Rmであるカレントミラーの出力トランジスタの素子サイズをカレントミラーの入力トランジスタの素子サイズで割算した素子サイズ比により、バイポーラトランジスタのエミッタ接地電流増幅率hfeと同等の機能を実現することができる。 In the preamplifier having the specific configuration shown in FIG. 17, the differential pair bipolar transistors Q1, Q2, Q3, Q4 of the main amplifiers Main_Amp1, Main_Amp2 of the preamplifier shown in FIG. 10 are N-channel MOS transistors Q1, Q01, Q2, Q02, It is replaced with a current mirror composed of Q3, Q03, Q4, and Q04. Although the bipolar transistor has a current amplification function for amplifying the base current, the DC impedance of the gate of the MOS transistor is extremely high and does not have a current amplification function. In order to cause the MOS transistor to perform current amplification, a current mirror composed of the MOS transistor is used. For example, the element size (channel width W / channel length L) of diode-connected N-channel MOS transistors Q01, Q02, Q03, and Q04 that are input transistors of the current mirror is set to the output transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 of the current mirror. Set to 1 / 100th of the element size (channel width W / channel length L). Then, an output current that is 100 times the input current flowing in the N-channel MOS transistors Q01, Q02, Q03, and Q04 of the current mirror input transistor flows in the output transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 of the current mirror. A function equivalent to the grounded emitter current amplification factor hfe of the bipolar transistor is realized by dividing the element size of the output transistor of the current mirror, which is the mirror ratio Rm of the current mirror, by the element size of the input transistor of the current mirror. can do.
良く知られているように飽和領域で動作するMOSトランジスタのドレイン・ソース経路の電流IDSは、チャンネル幅をW、チャンネル長をL、コンダクタンスをβ0、ゲート・ソース間電圧Vgs、スレシュホールド電圧をVthとすると、次式で与えられる。 As is well known, the current I DS of the drain / source path of a MOS transistor operating in the saturation region has a channel width of W, a channel length of L, a conductance of β 0 , a gate-source voltage Vgs, and a threshold voltage. Where Vth is given by:
IDS=(W/L)・(β0/2)・(Vgs−Vth)2 …(3式)
この式から、更に次式のようにMOSトランジスタのゲート・ソース間非線形抵抗Rgsが得られる。
I DS = (W / L) · (β 0/2) · (Vgs-Vth) 2 ... (3 type)
From this equation, a non-linear resistance Rgs between the gate and the source of the MOS transistor is obtained as in the following equation.
∂IDS/∂Vgs=(W/L)・β0・(Vgs−Vth)
Rgs=∂Vgs/∂IDS=1/((W/L)・β0・(Vgs−Vth))…(4式)
従って、(4式)で与えられる差動対MOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のゲート・ソース間非線形抵抗Rgsとカレントミラーのミラー比Rmとを乗算した値の高い入力インピーダンスZin1、Zin2が、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の非反転入力端子(+)と反転入力端子(−)との間に得られるものとなる。
∂I DS / ∂Vgs = (W / L) · β 0 · (Vgs−Vth)
Rgs = ∂Vgs / ∂I DS = 1 / ((W / L) · β 0 · (Vgs-Vth)) ... (4 type)
Therefore, high input impedances Zin1 and Zin2 having a value obtained by multiplying the gate-source nonlinear resistance Rgs of the differential pair MOS transistors Q1, Q2, Q3, and Q4 given by (Equation 4) and the mirror ratio Rm of the current mirror, It is obtained between the non-inverting input terminal (+) and the inverting input terminal (−) of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2.
また、カレントミラーの入力トランジスタのNチャンネルMOSトランジスタQ01、Q02、Q03、Q04にながれるカレントミラー入力電流を補償するカレントミラー電流補償回路CMC_CCが、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2に接続されている。 Further, a current mirror current compensation circuit CMC_CC for compensating for a current mirror input current flowing through the N-channel MOS transistors Q01, Q02, Q03, and Q04 of the current mirror input transistor is connected to the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2.
カレントミラー電流補償回路CMC_CCは、差動対MOSトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のレプリカMOSトランジスタQ17と、カレントミラーの入力トランジスタのNチャンネルMOSトランジスタQ01、Q02、Q03、Q04のレプリカ入力MOSトランジスタQ017と、ゲート接地MOSトランジスタQ9、Q12、Q13、Q16のレプリカMOSトランジスタQ18と、カレントミラー入力電流供給MOSトランジスタQ19と、NチャンネルMOSトランジスタM1、M2、M3、M4、M5で構成されたカレントミラーと、定電流源I7と、スイッチSW9とを含んでいる。 The current mirror current compensation circuit CMC_CC includes a replica MOS transistor Q17 of differential pair MOS transistors Q1, Q2, Q3, and Q4, and a replica input MOS transistor Q017 of N-channel MOS transistors Q01, Q02, Q03, and Q04 as input transistors of the current mirror. A current mirror composed of a replica MOS transistor Q18 of the common-gate MOS transistors Q9, Q12, Q13, and Q16, a current mirror input current supply MOS transistor Q19, and N-channel MOS transistors M1, M2, M3, M4, and M5. The constant current source I7 and the switch SW9 are included.
カレントミラー電流補償回路CMC_CCの定電流源I7の定電流量は、メインアンプMain_Amp1、Main_Amp2の定電流源I1、I2の定電流量を2I0の半分のI0に設定されている。すると、レプリカ入力MOSトランジスタQ017にはI0/Rmの電流が流れる。カレントミラーのNチャンネルMOSトランジスタM1、M2、M3、M4、M5のデバイスサイズを互いに等しく設定すると、カレントミラー入力電流供給MOSトランジスタQ19を介してレプリカ入力MOSトランジスタQ017のI0/Rmの電流は入力NチャンネルMOSトランジスタM5の入力電流となり、入力電流に等しい出力電流I0/hfeが出力MOSトランジスタM1、M2、M3、M4のそれぞれに流れる。出力MOSトランジスタM1の出力電流I0/RmはメインアンプMain_Amp1の入力MOSMOSトランジスタQ01の電流I0/Rmを補償して、出力MOSトランジスタM2の出力電流I0/RmはメインアンプMain_Amp1の入力MOSトランジスタQ02の電流I0/Rmを補償して、出力MOSトランジスタM3の出力電流I0/RmはメインアンプMain_Amp2の入力MOSトランジスタQ03の電流I0/Rmを補償して、出力MOSトランジスタM4の出力電流I0/RmはメインアンプMain_Amp2の入力MOSトランジスタQ04の電流I0/Rmを補償する。 The constant current amount of the constant current source I7 of the current mirror current compensation circuit CMC_CC is set to I 0 which is half of the constant current sources I1 and I2 of the main amplifiers Main_Amp1 and Main_Amp2 being 2I 0 . Then, a current of I 0 / Rm flows through replica input MOS transistor Q017. When the device sizes of the N-channel MOS transistors M1, M2, M3, M4, and M5 of the current mirror are set to be equal to each other, the current I 0 / Rm of the replica input MOS transistor Q017 is input via the current mirror input current supply MOS transistor Q19. An output current I 0 / hfe equal to the input current flows through each of the output MOS transistors M1, M2, M3, and M4. Output Output current I 0 / Rm of the MOS transistor M1 is to compensate for the current I 0 / Rm input MOSMOS transistor Q01 of the main amplifier Main_Amp1, the output current I 0 / Rm of the output MOS transistor M2 is input MOS transistor of the main amplifier Main_Amp1 to compensate for the current I 0 / Rm of Q02, the output MOS output current I 0 / Rm of the transistor M3 to compensate for the current I 0 / Rm of the input MOS transistor Q03 of the main amplifier Main_Amp2, the output current of the output MOS transistor M4 I 0 / Rm compensates for the current I 0 / Rm of the input MOS transistor Q04 of the main amplifier Main_Amp2.
≪磁気記憶装置≫
(本発明の第6の実施形態)
図18は本発明の上記した全ての実施形態のいずれの1つの実施形態のプリアンプ、例えば図4のプリアンプをハードディスクドライブ(HDD)のアーム(サスペンション)に実装したチップ・オン・サスペンションを示す図である。
≪Magnetic storage device≫
(Sixth embodiment of the present invention)
FIG. 18 is a diagram showing a chip-on-suspension in which the preamplifier of any one of the above-described embodiments of the present invention, for example, the preamplifier of FIG. 4 is mounted on an arm (suspension) of a hard disk drive (HDD). is there.
同図に示すように、4枚のアーム21_Aには高い記録密度を可能とする垂直磁気記録方式で記録を行う記録ヘッドと垂直磁気記録方式で記録された記録ヘッドからの磁束の変化を検出する再生ヘッドとしての磁気抵抗ヘッドとからなる4個のヘッドHead1…Head4が実装されるとともに、本発明の上記実施形態、例えば図4のプリアンプのチップPreamp IC(21_B)も実装されている。図18に示したチップ・オン・サスペンションにより、4個のヘッドHead1…Head4の再生ヘッドとしての磁気抵抗ヘッドとプリアンプのチップPreamp IC(21_B)との間の配線のインダクタンスが小さくなり、垂直磁気記録方式による高記録密度の高周波信号の感度を向上することが可能となる。 As shown in the figure, the four arms 21_A detect a change in magnetic flux from a recording head that performs recording by a perpendicular magnetic recording method that enables high recording density and from a recording head that is recorded by a perpendicular magnetic recording method. Four heads Head1... Head4 composed of magnetoresistive heads as reproducing heads are mounted, and the above-described embodiment of the present invention, for example, the preamplifier chip Preamp IC (21_B) of FIG. The chip-on-suspension shown in FIG. 18 reduces the inductance of the wiring between the magnetoresistive heads as the reproducing heads of the four heads Head1... Head4 and the preamplifier chip Preamp IC (21_B), and perpendicular magnetic recording. It is possible to improve the sensitivity of high-frequency signals having a high recording density by the method.
図19は、図18に示したアーム21_Aに実装された記録ヘッドと再生ヘッドとを含むヘッド21C(Head1…Head4)の構成を示す図である。 FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a head 21C (Head1... Head4) including a recording head and a reproducing head mounted on the arm 21_A shown in FIG.
同図に示すように、記録ディスクの軟磁性層20の表面には、垂直記録層20Aが形成されている。
As shown in the figure, a
ヘッド21Cの左側には、記録コイルRCと、記録磁極RPと、リターン磁極RYとで構成された垂直磁気記録方式で記録を行う記録ヘッドが形成されている。その結果、4つの磁束F1、F2、F3、F4がループ状に形成されて、右側の拡大図に示すようにS極からN極への信号磁化の方向が記録層20Aと垂直になるような垂直磁気記録方式による記録が行なわれる。
On the left side of the
ヘッド21Cの右側には、2つの再生シールドRSL1、RSL2によって挟まれたジャイアント磁気抵抗ヘッドGMRによる再生ヘッドが形成されている。尚、記録ディスクの垂直記録層20Aの上面とヘッド21Cの下面との間のエアーギャップAGは、十数nm、例えば15nmに設定されている。また、ジャイアント磁気抵抗ヘッドGMRの両端は、上記した全ての実施形態のいずれの1つの実施形態のプリアンプのチップPreamp ICのメインアンプMain_Amp1の非反転入力端子(+)とメインアンプMain_Amp2の非反転入力端子(+)とに結合コンデンサを介すことなく接続されている。
On the right side of the head 21C, a reproducing head is formed by a giant magnetoresistive head GMR sandwiched between two reproducing shields RSL1 and RSL2. Note that the air gap AG between the upper surface of the
図20は、図18と図19に示したジャイアント磁気抵抗ヘッドGMRで検出された垂直磁気記録方式による高記録密度の微弱信号を増幅するプリアンプの出力信号を処理するPRML(Partial Response Maximum Likelihood、部分応答最尤度)検出を利用したハードディスクドライブ(HDD)のリードチャンネルを示す図である。 20 shows PRML (Partial Response Maximum Likelihood, partial processing of the output signal of the preamplifier that amplifies the weak signal of high recording density by the perpendicular magnetic recording method detected by the giant magnetoresistive head GMR shown in FIGS. It is a figure which shows the read channel of the hard disk drive (HDD) using the response maximum likelihood) detection.
同図に示すように、プリアンプのチップPreamp IC(21_B)の出力信号は可変利得増幅器22、ローパスフィルタ、波形等化器24、A/D変換器25を経由してディジタル信号に変換された後、ビダビ復号器28に供給されてビダビ復号器28からエラーの少ない読み出し信号を得ることができる。一方、A/D変換器25の出力はゲイン・タイミング回路26にも供給される。ゲイン・タイミング回路26からのゲイン制御信号は可変利得増幅器22に供給され、ゲイン・タイミング回路26からのタイミング信号からクロック再生が行われる。電圧制御発振器27からの再生クロック信号CLKは、波形等化器24とA/D変換器25とに供給される。尚、HDDのリードチャンネルを構成する可変利得増幅器22、ローパスフィルタ、波形等化器24、A/D変換器25、ゲイン・タイミング回路26、電圧制御発振器27、ビダビ復号器28は、HDDのプリント配線回路基板HDD PCBの上に形成されている。
As shown in the figure, the output signal of the preamplifier chip Prea IC (21_B) is converted into a digital signal via a
図18、図19、図20に示したHDDに本発明の上記実施形態、例えば図4の小さなチップ面積のプリアンプを採用することにより、HDD装置の一層の小型化と軽量化とが可能となる。また、結合コンデンサとして外部部品によるコンデンサを使用しないので、ハンダ接続数の低減も可能となり、再生ヘッドの振動等によるハンダ断線の確率の低減も可能となる。 By adopting the above-described embodiment of the present invention, for example, the preamplifier having a small chip area shown in FIG. 4, for the HDD shown in FIGS. 18, 19, and 20, the HDD device can be further reduced in size and weight. . Further, since no external component capacitor is used as a coupling capacitor, the number of solder connections can be reduced, and the probability of solder breakage due to vibration of the reproducing head or the like can be reduced.
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となったハードディスクドライブ(HDD)について説明したが、それに限定されるものではなく、メインフレームコンピュータやサーバー等に使用される垂直磁気記録方式によるストレージ用テープドライブにも適用可能である。また、オーディオ信号、ビデオ信号等のアナログ信号増幅用プリアンプにも適用可能である。 In the above description, the hard disk drive (HDD) based on the invention made mainly by the present inventor has been described. However, the present invention is not limited to this, and a perpendicular magnetic recording system used for mainframe computers, servers, etc. It can also be applied to storage tape drives. The present invention can also be applied to preamplifiers for amplifying analog signals such as audio signals and video signals.
また、図18から図20までに示したHDDに使用するプリアンプとしては、図4のプリアンプの他に図3、図7、図10、図17のプリアンプも使用することができる。 In addition to the preamplifier shown in FIG. 4, the preamplifiers shown in FIGS. 3, 7, 10, and 17 can be used as the preamplifier used in the HDD shown in FIGS.
RMR 磁気抵抗ヘッド
5 バイアス回路
5_1、5_2 定電流源
Main_Amp1、Main_Amp2 メインアンプ
Loop_Amp1、Loop_Amp2 ループアンプ
Zin1、Zin2 入力インピーダンス
Zout1、Zout2 出力インピーダンス
C1 コンデンサ
DC & SLf_NFB1、2 負帰還信号
LPF1、2 伝達信号
fc1 第1カットオフ周波数
fc2 第2カットオフ周波数
fc3 低域カットオフ周波数
Claims (20)
前記第1差動増幅器は差動的に接続された第1増幅素子と第2増幅素子を含み、前記第2差動増幅器は差動的に接続された第3増幅素子と第4増幅素子を含むものであり、
前記第1差動増幅器の非反転入力端子と前記第2差動増幅器の非反転入力端子とに直流成分に重畳した交流差動入力信号の非反転入力信号と反転入力信号とがそれぞれ供給され、
前記第1差動増幅器の前記反転入力端子への前記第1負帰還信号の伝達量と前記第2差動増幅器の前記反転入力端子への前記第2負帰還信号の伝達量とが第1カットオフ周波数よりも高い周波数で減衰するように前記第1負帰還回路と前記第2負帰還回路とは前記第1差動増幅器および第2差動増幅器の前記第1増幅素子と前記第2増幅素子および前記第3増幅素子と前記第4増幅素子の内部抵抗よりも高い抵抗を持つ所定の抵抗値の第1出力インピーダンスと第2出力インピーダンスとをそれぞれ持ち、
前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の第1入力インピーダンスおよび前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の第2入力インピーダンスの入力抵抗と前記第1負帰還回路の前記第1出力インピーダンスおよび前記第2負帰還回路の前記第2出力インピーダンスの出力抵抗との少なくともいずれか一方の抵抗値と前記コンデンサの容量値との積によって前記第1差動増幅器および前記第2差動増幅器の前記交流差動入力信号の増幅の際の低域カットオフ周波数が設定される半導体集積回路。 A first differential amplifier; a second differential amplifier; a capacitor connected between an inverting input terminal of the first differential amplifier and an inverting input terminal of the second differential amplifier; and the first differential. A first negative feedback from the output of the first differential amplifier to the inverting input terminal of the first differential amplifier is connected between the output of the amplifier and the inverting input terminal of the first differential amplifier. A first negative feedback circuit for transmitting a signal; and an output of the second differential amplifier and an inverting input terminal of the second differential amplifier connected to the output of the second differential amplifier. A second negative feedback circuit for transmitting a second negative feedback signal to the inverting input terminal of the second differential amplifier on a semiconductor chip;
The first differential amplifier includes a first amplifying element and a second amplifying element that are differentially connected, and the second differential amplifier includes a third amplifying element and a fourth amplifying element that are differentially connected. Including
A non-inverting input signal and an inverting input signal of an AC differential input signal superimposed on a DC component are supplied to the non-inverting input terminal of the first differential amplifier and the non-inverting input terminal of the second differential amplifier, respectively.
A transmission amount of the first negative feedback signal to the inverting input terminal of the first differential amplifier and a transmission amount of the second negative feedback signal to the inverting input terminal of the second differential amplifier are a first cut. The first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit have the first and second amplifiers of the first and second differential amplifiers so as to attenuate at a frequency higher than an off frequency. And having a first output impedance and a second output impedance of a predetermined resistance value having a resistance higher than the internal resistance of the third amplifying element and the fourth amplifying element,
A first input impedance between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the first differential amplifier and a second input between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the second differential amplifier. The resistance value of at least one of the input resistance of the impedance, the first output impedance of the first negative feedback circuit, and the output resistance of the second output impedance of the second negative feedback circuit, and the capacitance value of the capacitor A semiconductor integrated circuit in which a low-frequency cut-off frequency for amplification of the AC differential input signal of the first differential amplifier and the second differential amplifier is set by a product.
前記第1負帰還回路の出力は前記第1差動増幅器の前記反転入力端子と前記コンデンサの一端と接続され、前記第2負帰還回路の出力は前記第2差動増幅器の前記反転入力端子と前記コンデンサの他端と接続され、
前記第1差動増幅器は差動的に接続された第1増幅素子と第2増幅素子を含み、前記第2差動増幅器は差動的に接続された第3増幅素子と第4増幅素子を含むものであり、
前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子と前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子とに直流成分に重畳した交流差動入力信号の非反転入力信号と反転入力信号とがそれぞれ供給され、
前記第1差動増幅器の前記反転入力端子への前記第1負帰還信号の伝達量と前記第2差動増幅器の前記反転入力端子への前記第2負帰還信号の伝達量とが第1カットオフ周波数よりも高い周波数で減衰するように前記第1負帰還回路と前記第2負帰還回路とは前記第1差動増幅器および第2差動増幅器の前記第1増幅素子と前記第2増幅素子および前記第3増幅素子と前記第4増幅素子の内部抵抗よりも高い抵抗を持つ所定の抵抗値の第1出力インピーダンスと第2出力インピーダンスとをそれぞれ持ち、
前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の第1入力インピーダンスおよび前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の第2入力インピーダンスの入力抵抗と前記第1負帰還回路の前記第1出力インピーダンスおよび前記第2負帰還回路の前記第2出力インピーダンスの出力抵抗との少なくともいずれか一方の抵抗値と前記コンデンサの容量値との積によって前記第1差動増幅器および前記第2差動増幅器の前記交流差動入力信号の増幅の際の低域カットオフ周波数が設定される半導体集積回路。 A first differential amplifier, a second differential amplifier, and a first negative feedback circuit in which a non-inverting input terminal and an inverting input terminal are respectively connected to a non-inverting input terminal and an inverting input terminal of the first differential amplifier. A second negative feedback circuit in which a non-inverting input terminal and an inverting input terminal are connected to a non-inverting input terminal and an inverting input terminal of the second differential amplifier, respectively, and the inverting input of the first differential amplifier A capacitor connected between the terminal and the inverting input terminal of the second differential amplifier on a semiconductor chip;
The output of the first negative feedback circuit is connected to the inverting input terminal of the first differential amplifier and one end of the capacitor, and the output of the second negative feedback circuit is connected to the inverting input terminal of the second differential amplifier. Connected to the other end of the capacitor;
The first differential amplifier includes a first amplifying element and a second amplifying element that are differentially connected, and the second differential amplifier includes a third amplifying element and a fourth amplifying element that are differentially connected. Including
A non-inverting input signal and an inverting input signal of an AC differential input signal superimposed on a DC component are supplied to the non-inverting input terminal of the first differential amplifier and the non-inverting input terminal of the second differential amplifier, respectively. And
A transmission amount of the first negative feedback signal to the inverting input terminal of the first differential amplifier and a transmission amount of the second negative feedback signal to the inverting input terminal of the second differential amplifier are a first cut. The first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit have the first and second amplifiers of the first and second differential amplifiers so as to attenuate at a frequency higher than an off frequency. And having a first output impedance and a second output impedance of a predetermined resistance value having a resistance higher than the internal resistance of the third amplifying element and the fourth amplifying element,
A first input impedance between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the first differential amplifier and a second input between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the second differential amplifier. The resistance value of at least one of the input resistance of the impedance, the first output impedance of the first negative feedback circuit, and the output resistance of the second output impedance of the second negative feedback circuit, and the capacitance value of the capacitor A semiconductor integrated circuit in which a low-frequency cut-off frequency for amplification of the AC differential input signal of the first differential amplifier and the second differential amplifier is set by a product.
前記内部抵抗と前記電流増幅率との積に比例する前記第1差動増幅器および第2差動増幅器の前記第1入力インピーダンスおよび前記第2入力インピーダンスの前記入力抵抗は前記第1負帰還回路および前記第2負帰還回路の前記第1出力インピーダンスおよび前記第2出力インピーダンスの前記出力抵抗よりも低い抵抗値であり、前記第1差動増幅器の前記第1入力インピーダンスを介して前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子から前記反転入力端子への伝達量と前記第2差動増幅器の前記第2入力インピーダンスを介して前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子から前記反転入力端子への伝達量とが前記第1カットオフ周波数よりも高い周波数に設定された第2カットオフ周波数よりも高い周波数で減衰して、前記第2カットオフ周波数により前記低域カットオフ周波数が設定される請求項3に記載の半導体集積回路。 The input resistance of the first input impedance between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the first differential amplifier is the internal resistance and current amplification factor of the first amplifying element and the second amplifying element. The input resistance of the second input impedance between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the second differential amplifier is proportional to the product of the third amplifying element and the fourth amplifier. It is proportional to the product of the internal resistance of the amplifying element and the current amplification factor,
The first input impedance of the first differential amplifier and the second differential amplifier that are proportional to the product of the internal resistance and the current gain and the input resistance of the second input impedance are the first negative feedback circuit and A resistance value lower than the output resistance of the first output impedance and the second output impedance of the second negative feedback circuit, and the first differential via the first input impedance of the first differential amplifier; From the non-inverting input terminal of the second differential amplifier to the inverting input terminal via the amount of transmission from the non-inverting input terminal of the amplifier to the inverting input terminal and the second input impedance of the second differential amplifier. Is attenuated at a frequency higher than the second cutoff frequency set to a frequency higher than the first cutoff frequency, and the second cutoff is The semiconductor integrated circuit according to claim 3, wherein the low cut-off frequency is set by the wave number.
前記第1増幅素子と前記第2増幅素子と前記第3増幅素子と前記第4増幅素子の前記内部抵抗はエミッタ非線形抵抗であり、前記第1増幅素子と前記第2増幅素子と前記第3増幅素子と前記第4増幅素子の前記電流増幅率はエミッタ接地電流増幅率であり、
前記バイポーラトランジスタのベース電流を補償するベース電流補償回路が前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子および前記反転入力端子と前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子および前記反転入力端子とに接続された請求項4に記載の半導体集積回路。 The first amplifying element and the second amplifying element of the first differential amplifier and the third amplifying element and the fourth amplifying element of the second differential amplifier are bipolar transistors,
The internal resistance of the first amplifying element, the second amplifying element, the third amplifying element, and the fourth amplifying element is an emitter nonlinear resistance, and the first amplifying element, the second amplifying element, and the third amplifying element are used. The current amplification factor of the element and the fourth amplification element is a grounded emitter current amplification factor,
A base current compensation circuit for compensating a base current of the bipolar transistor includes the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the first differential amplifier, and the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the second differential amplifier. The semiconductor integrated circuit according to claim 4, connected to.
前記第1増幅素子と前記第2増幅素子と前記第3増幅素子と前記第4増幅素子の前記内部抵抗はゲート・ソース間非線形抵抗であり、前記第1増幅素子と前記第2増幅素子と前記第3増幅素子と前記第4増幅素子の前記電流増幅率は前記MOSカレントミラーのミラー比であり、
前記MOSカレントミラーの入力電流を補償するカレントミラー入力電流補償回路が前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子および前記反転入力端子と前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子および前記反転入力端子とに接続された請求項4に記載の半導体集積回路。 The first amplifying element, the second amplifying element, the third amplifying element, and the fourth amplifying element of the first differential amplifier and the second differential amplifier are each configured by a MOS current mirror,
The internal resistance of the first amplifying element, the second amplifying element, the third amplifying element, and the fourth amplifying element is a gate-source non-linear resistance, and the first amplifying element, the second amplifying element, and the The current amplification factors of the third amplification element and the fourth amplification element are mirror ratios of the MOS current mirror,
A current mirror input current compensation circuit for compensating an input current of the MOS current mirror includes the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the first differential amplifier and the non-inverting input terminal and the inverting of the second differential amplifier. The semiconductor integrated circuit according to claim 4 connected to an input terminal.
前記第1負帰還回路および前記第2負帰還回路の前記第1出力インピーダンスおよび前記第2出力インピーダンスの前記出力抵抗よりも高抵抗の前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の前記第1入力インピーダンスおよび前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子と前記反転入力端子との間の前記第2入力インピーダンスの前記入力抵抗は、前記MOSトランジスタの絶縁ゲートにより実現されている請求項7に記載の半導体集積回路。 The first amplifying element, the second amplifying element, the third amplifying element, and the fourth amplifying element of the first differential amplifier and the second differential amplifier are MOS transistors, respectively.
The non-inverting input terminal and the inverting input of the first differential amplifier having higher resistance than the output resistance of the first output impedance and the second output impedance of the first negative feedback circuit and the second negative feedback circuit. The input resistance of the first input impedance between the terminal and the second input impedance between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the second differential amplifier is determined by an insulated gate of the MOS transistor. 8. The semiconductor integrated circuit according to claim 7, which is realized.
前記第1差動増幅器と前記第2差動増幅器とが増幅動作を行う読み出しモードでは、前記第1定電流源と前記第2定電流源と前記第3定電流源と前記第4定電流源とにそれぞれ流れる定電流が前記第1差動増幅器と前記第2差動増幅器と前記第1負帰還回路と前記第2負帰還回路とにそれぞれ流されて、
前記第1差動増幅器と前記第2差動増幅器とが前記増幅動作を中止するアイドルモードでは、前記第1差動増幅器と前記第2差動増幅器と前記第1負帰還回路と前記第2負帰還回路とにそれぞれ流される前記定電流が遮断される請求項1から請求項8のいずれかに記載の半導体集積回路。 A first constant current source connected to the first differential amplifier; a second constant current source connected to the second differential amplifier; a third constant current source connected to the first negative feedback circuit; 2 The fourth constant current source is connected to the negative feedback circuit,
In a read mode in which the first differential amplifier and the second differential amplifier perform an amplification operation, the first constant current source, the second constant current source, the third constant current source, and the fourth constant current source Constant currents flowing through the first differential amplifier, the second differential amplifier, the first negative feedback circuit, and the second negative feedback circuit, respectively,
In an idle mode in which the first differential amplifier and the second differential amplifier stop the amplification operation, the first differential amplifier, the second differential amplifier, the first negative feedback circuit, and the second negative feedback circuit The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the constant currents flowing to the feedback circuit are cut off.
前記再生ヘッドの両端を前記半導体集積回路の前記第1差動増幅器の前記非反転入力端子と前記第2差動増幅器の前記非反転入力端子とに結合コンデンサを介すことなく接続してなる磁気記録装置。 A semiconductor integrated circuit according to any one of claims 1 to 14, wherein the magnetic recording medium is driven to perform perpendicular magnetic recording on the magnetic recording medium by a recording head of the head, and the head from the reproducing head of the head Processing a read signal of a magnetic recording medium by using the semiconductor integrated circuit,
A magnet formed by connecting both ends of the read head to the non-inverting input terminal of the first differential amplifier and the non-inverting input terminal of the second differential amplifier of the semiconductor integrated circuit without a coupling capacitor. Recording device.
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