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磁気抵抗効果再生装置 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 磁気抵抗効果再生装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−85404
公開日 平成7年(1995)3月31日
出願番号 特願平5−229966
出願日 平成5年(1993)9月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 眞木 幹晴
要約 目的
再生ヘッドをなす磁気抵抗効果素子の抵抗変化を検出する検出電流を断続させ、サンプリングによるノイズ増加を抑えつつ低消費電力化を図り、小型軽量で高性能な磁気抵抗効果再生装置を提供する。

構成
磁気抵抗効果素子2は磁気テープ1の磁化に対応して抵抗値が変化する。検出電流制御部3は磁気抵抗効果素子2の抵抗値変化を検出する検出電流が規定の時間だけ動作し、かつ動作する規定の時間の前半と後半で電流値が変化するよう制御する。保持回路6は検出電流制御部3に同期して磁気抵抗効果素子2の出力信号を保持し、ローパスフィルタ7を通して出力される。
特許請求の範囲
【請求項1】 磁気記録された媒体の磁化に対応して抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検出する検出電流を規定の時間幅だけ動作するよう制御し、かつ動作する前記規定の時間幅の前半と後半とで検出電流の値が変化するよう制御する検出電流制御部と、前記検出電流制御部に同期して前記磁気抵抗効果素子の出力を保持する保持回路と、前記保持回路の出力を受け再生信号を得るローパスフィルタと、前記磁気抵抗効果素子に接続され特定の周波数領域のインピーダンスが小さい特性を持つインピーダンス素子とを備えた磁気抵抗効果再生装置。
【請求項2】 磁気記録された媒体の磁化に対応して抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検出する検出電流を規定の時間幅だけ動作するよう制御する検出電流制御部と、前記検出電流制御部に同期して前記磁気抵抗効果素子の出力を保持する保持回路と、前記保持回路の出力を受け再生信号を得るローパスフィルタと、前記磁気抵抗効果素子に接続され特定の周波数領域のインピーダンスが小さい特性を持つインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子に電荷を供給する抵抗器と、前記検出電流制御部に同期して前記磁気抵抗効果素子と前記インピーダンス素子とを切り替えるスイッチとを備えた磁気抵抗効果再生装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録再生に磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、コンパクトカセットテープレコーダやビデオテープレコーダに代表される磁気記録再生装置は、コイル型磁気ヘッドを用いた装置が全盛である。一方、最近の薄膜形成技術と、磁界の変化を抵抗の変化に変換する磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドが提案されている。このヘッドは大量生産が可能なため将来低価格化による普及が期待されている。以下に、図5に示す、このヘッドを用いて磁気テープの信号を再生する従来例について説明する。
【0003】図5において、2は磁気抵抗効果素子、31は磁気抵抗効果素子2に動作バイアスを与えるバイアス導体、32は磁気抵抗効果素子2の抵抗変化を電圧変化に変換するための検出電流を決める検出抵抗、33はバイアス導体31に流すバイアス電流を決めるバイアス抵抗、34は磁気抵抗効果素子2の出力を増幅する増幅器、9は出力端子である。
【0004】以上のように構成された従来例について、以下その動作を説明する。まず、磁気抵抗効果素子2の動作を図6を用いて説明する。磁気抵抗効果素子2は磁気テープ(図示せず)の信号から受ける磁界40によって図6の抵抗値変化41に示す抵抗値の変化を生じる。磁界の変化を最も大きな抵抗値の変化に変換するために、動作点を図6のB点にとる。このとき、例えば磁気テープの信号から受ける磁界を波形(a)とすると、磁気抵抗効果素子2の抵抗値は波形(b)に示す変化となる。動作点を図6のB点におくためにB点の磁界強度に相当する磁気バイアスを印加する。
【0005】図5におけるバイアス抵抗33とバイアス導体31は電源電圧を、バイアス抵抗33の抵抗値とバイアス導体31の抵抗値との和で割った値のバイアス電流が流れる。このバイアス電流によってバイアス導体31の周囲に発生する磁界が、磁気抵抗効果素子2の磁気バイアスとなり、動作点を最も大きな抵抗変化の得られるB点におく作用をする。一方、検出抵抗32と磁気抵抗効果素子2は電源電圧を、検出抵抗32と磁気抵抗効果素子2の抵抗値との和で割った値の検出電流が流れる。このとき、磁気抵抗効果素子2に磁気テープの信号から磁界を受け抵抗値が変化すると、検出電流によって磁気抵抗効果素子2の両端の電圧が変化する。この電圧変化を増幅器34によって増幅し、出力端子9に磁気テープの信号を出力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従来の構成では、動作時、常に検出電流が流れているため、消費電力が大きく(通常、検出電流はステレオの2チャンネルで約20mAであり、電源電圧を5Vとすると約100mWの消費電力となる。)、ポータブル機器への応用には大きくて重たい電池を必要とし小型化できないという問題点を有していた。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決するもので、検出電流による消費電力を小さくすることによって、低価格化が期待できる磁気抵抗効果素子を用いかつ小型軽量の磁気抵抗効果再生装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために本発明の磁気抵抗効果再生装置は、(1)磁気記録された媒体の磁化に対応して抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検出する検出電流を規定の時間幅だけ動作するよう制御し、かつ動作する前記規定の時間幅の前半と後半とで検出電流の値が変化するよう制御する検出電流制御部と、前記検出電流制御部に同期して前記磁気抵抗効果素子の出力を保持する保持回路と、前記保持回路の出力を受け再生信号を得るローパスフィルタと、前記磁気抵抗効果素子に接続され特定の周波数領域のインピーダンスが小さい特性を持つインピーダンス素子とを備える。
【0009】(2)磁気記録された媒体の磁化に対応して抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値の変化を検出する検出電流を規定の時間幅だけ動作するよう制御する検出電流制御部と、前記検出電流制御部に同期して前記磁気抵抗効果素子の出力を保持する保持回路と、前記保持回路の出力を受け再生信号を得るローパスフィルタと、前記磁気抵抗効果素子に接続され特定の周波数領域のインピーダンスが小さい特性を持つインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子に電荷を供給する抵抗器と、前記検出電流制御部に同期して前記磁気抵抗効果素子と前記インピーダンス素子とを切り替えるスイッチとを備える。
【0010】
【作用】本発明は上記した構成により、電流制御回路が規定の時間幅だけ検出電流を動作させることにより、検出電流の平均値が小さくなって消費電力を小さくする。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0012】図1は本発明の第1の実施例における磁気テープを用いた磁気抵抗効果再生装置の構成を示すものである。図1において、1は磁気記録媒体である磁気テープ、2は磁気抵抗効果素子、3は検出電流制御部、4は電流制御回路、5は電流制御素子、6は保持回路、7はローパスフィルタ、8はコンデンサ、9は出力端子、10は電源端子、11は接地端子である。コンデンサ8と保持回路6は磁気抵抗効果素子2の同一の端に接続され、磁気抵抗効果素子2端に発生する信号を入力とする。電流制御回路4は電流制御素子5が磁気抵抗効果素子2に供給する検出電流ISの電流値と供給する時間を、電流値零がT0秒間、電流値IS1がT1秒間、電流値IS2がT2秒間の3段階に切り換えるとともに保持回路6の動作を制御する。保持回路6の出力はローパスフィルタ7を経て出力端子9に出力される。
【0013】以上のように構成された本実施例の磁気抵抗効果再生装置について、以下その動作について図2を参照して説明する。磁気テープ1には音声信号が磁化の強さの変化として記録されている。(a)は縦軸を時間として磁気テープ1の磁化の強さの変化を示している。磁気テープ1の近傍にある磁気抵抗効果素子2の抵抗値が磁気テープ1の磁化の変化を受けて変化する。(b)はこの抵抗値の変化を示している。磁気抵抗効果素子2の抵抗値が変化すると検出電流との積で発生する電圧の変化が電流制御素子5と磁気抵抗効果素子2との接続点に現れる。
【0014】このとき、電流制御回路4は電流制御素子5が磁気抵抗効果素子2に供給する検出電流が仮に(c)に示す電流値になるよう電流制御素子5を制御するものとする。なお、時間制御は水晶等を用いた通常のクロック発振器とカウンター回路を用いて行うことができる。
【0015】音声信号の周波数帯域は約20kHzといわれているので、(c)に示す検出電流の周波数1/τ0は音声信号の2倍である40kHz以上あれば良いのはサンプリング定理から明らかである。ここでは1/τ0を40kHzとし、デューティ10%とするのでτ0=25μS、τ1=2.5μSする。
【0016】仮にコンデンサ8がなく、A点での周波数帯域が∞とすれば磁気テープの音声信号が(a)に示す波形とすれば、A点での波形は(d)に示す波形となる。
【0017】しかしながら、サンプリングによるエリアシングノイズを防ぐため、A点での音声信号の周波数帯域を20kHz以下に制限する必要がある。したがって、磁気抵抗効果素子2の抵抗値Rとコンデンサ8の容量Cによる遮断周波数が20kHzになるようにCの値を決める。図1の構成では遮断周波数fc=1/2πRCであるので、R=100ΩとすればC=0.08μFとなる。
【0018】電流制御素子5が供給する検出電流ISの値をIS=IS2(=10mA)とし、コンデンサ8がある場合の点Aの波形を(e)に示す。このときの点Aの電位をv1とすると、【0019】
【数1】

【0020】となる。(e)の波形の立下がりを改善するには、(数1)のIS2を大きくすればよい。(c)に示す波形は周期が40kHzでデューティは10%なので点Aの電位vが(数1)よりも20倍の早さで立ち下がるような検出電流値IS1を求めると、【0021】
【数2】

【0022】よりt=2πRCとすれば、IS1≒13・IS2となる。本発明では(e)の波形の立ち下がりを改善するために、電流制御回路4により検出電流ISを(f)に示すよう制御する。T1の区間では検出電流はIS1とし立ち下がりを改善する。T2の区間ではアンダーシュートを防ぐために検出電流値をIS2とし、T0の区間では検出電流は零とする。T1とT2の時間は、出力波形を観察し、最も歪の少ない値に設定しておく。この結果、コンデンサ8と磁気抵抗効果素子2との接続点の出力は(g)に示す波形となる。この出力は増幅回路(不図示)で増幅され、保持回路6に入力する。保持回路5は時間信号(f)を用いて検出電流が流れている時の値を保持し、(h)に示す波形に変換する。更に、この波形をローパスフィルタ7により検出電流の断続による高周波成分を除去して音声信号を再生する。音声信号の周波数帯域は約20kHzといわれているので時間信号の周波数はその2倍である40kHz以上あれば良いのはサンプリング定理から明かである。
【0023】(g)においてT1の区間の電流値は、【0024】
【数3】

【0025】(ただし、IS1=13・IS2)であり、T2の区間の電流値は、【0026】
【数4】

【0027】であるので、t=0からπRCまで積分すると約0.7πIS2となる。検出電流を断続させずにIS2で一定の場合の積分値はπIS2なので電流値の平均は約0.7倍となり、電力を約0.7倍とすることができる。
【0028】以上のように構成された本実施例によれば、検出電流制御部と保持回路とコンデンサを設けることにより、消費電力を約0.7倍に低減することができるので、ポータブル機器に応用した場合、電池を小さくして小型化を実現する。また、磁気抵抗効果素子が消費する電力を小さくするので、磁気抵抗効果素子の熱雑音や素子の温度上昇が変動して発生する雑音を低減することができる。
【0029】図3は本発明の第2の実施例における磁気テープを用いた音声信号再生装置の構成を示すものである。図3において、図1と異なる構成要素について述べる。14はコンデンサ8に電荷を供給する抵抗器、12は保持回路6と磁気抵抗効果素子2との同一の端と抵抗器14とを切り替えるスイッチで、コンデンサ8に接続される。13は電流制御素子5が磁気抵抗効果素子2に供給する検出電流値と供給する時間を、電流値零がT0秒間、電流値IS3がT3秒間の2段階に切り換えるとともに保持回路6の動作を制御し、かつ、T0の間はスイッチ12を抵抗器14に接続し、T3の間はスイッチ12を保持回路6と磁気抵抗効果素子2との同一の端に接続するよう制御する電流制御回路である。
【0030】上記した以外の構成要素は前記第1の実施例において図3と同じ符号を付与した構成要素と同じものである。
【0031】以上のように構成された第2実施例の磁気テープを用いた音声信号再生装置について、以下その動作について図4を参照して説明する。磁気テープ1には音声信号が磁化の強さの変化として記録されている。(a)は縦軸を時間として磁化の強さの変化を示している。磁気テープ1の近傍にある磁気抵抗効果素子2の抵抗値が磁気テープ1の磁化の変化を受けて変化する。(b)はこの抵抗値の変化を示している。磁気抵抗効果素子2の抵抗値が変化すると検出電流との積で発生する電圧の変化が電流制御素子5と磁気抵抗効果素子2との接続点に現れる。
【0032】このとき、電流制御回路13は電流制御素子5が磁気抵抗効果素子2に供給する検出電流が(i)に示す電流値になるよう電流制御素子5を制御する。なお、時間制御は水晶等を用いた通常のクロック発振器とカウンター回路を用いて行うことができる。
【0033】音声信号の周波数帯域は約20kHzといわれているので、(i)に示す検出電流の周波数1/τ0は音声信号の2倍である40kHz以上あれば良いのはサンプリング定理から明らかである。ここでは1/τ0を40kHzとし、デューティ10%とするのでτ0=25μS、T3=2.5μSとする。
【0034】T0の区間ではスイッチ12は抵抗器14に接続されている。抵抗器14の抵抗値は磁気抵抗効果素子2の抵抗値より十分小さく約10Ω程度にする。従って、コンデンサ8への充電はT0に比べて十分短く行われる。T3の区間ではスイッチ12は磁気抵抗効果素子2端に接続される。
【0035】この結果、コンデンサ8と磁気抵抗効果素子2との接続点の出力は(j)に示す波形となる。この出力は増幅回路(不図示)で増幅され、保持回路6に入力する。保持回路6は時間信号(i)を用いて検出電流が流れている時の値を保持し(k)に示す波形に変換する。更に、この波形をローパスフィルタ7により検出電流の断続による高周波成分を除去して音声信号を再生する。
【0036】(j)において電流値をt=0からπRCまで積分すると、約0.1πIS3となる。検出電流を断続させずにIS3で一定の場合の積分値はπIS2なので電流の平均値は約0.1倍となり、電力を約0.1倍とすることができる。
【0037】第1の実施例では検出電流の動作する時間、T1とT2を調整する必要があり、検出電流の値が0であるT0の間もコンデンサ8を充電するための電流が流れ電力のロスがあったが、以上のように構成された本実施例によれば、検出電流制御部と保持回路とコンデンサと抵抗器とスイッチを設けることにより消費電力をより低減することができる。
【0038】
【発明の効果】以上のように本発明は、(1)磁気抵抗効果素子の検出電流を検出電流制御部により断続させ、保持回路により磁気抵抗効果素子の出力を保持する構成としたため、消費電力を約0.7倍に低減することができるので、電池の小さい小型の磁気抵抗効果再生装置を実現できる。また、磁気抵抗効果素子が消費する電力を小さくするので、磁気抵抗効果素子の熱雑音や素子の温度上昇が変動して発生する雑音を低減することができる。
【0039】(2)磁気抵抗効果素子の検出電流を検出電流制御部により断続させ、かつ、断のときにスイッチによりコンデンサを切り離し、保持回路により磁気抵抗効果素子の出力を保持する構成としたため、消費電力を約0.1倍に低減することができるので、電池の小さい小型の磁気抵抗効果再生装置を簡易に実現できる。また、磁気抵抗効果素子が消費する電力を小さくするので、磁気抵抗効果素子の熱雑音や素子の温度上昇が変動して発生する雑音を低減することができる。




 

 


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