Brevet FR2689293A1 — publié le 19931001

i DISPOSITIF DE LECTURE D'UN ENSEMBLE DELEMENTS RESISTIFS L'invention concerne un dispositif de lecture d'un ensemble d'éléments résistifs, notamment d'éléments magnétorésistifs et plus particulièrement de têtes magnétorésistives arrangées sous forme matricielle. L'invention est applicable notamment à l'enregistrement sur bandes magnétiques pour périphériques informatiques et a pour objet la sélection et la lecture des éléments d'une tête magnétorésistive multipiste à structure matricielle. Ce dispositif permet la lecture, à l'aide d'une tête statique, de plusieurs pistes d'informations en parallèle. Des têtes de lecture magnétorésistives à structure matricielle, et leur procédé de sélection et de lecture ont été décrites, notamment dans les Demandes de Brevets 2 656 454 et 2 665 010. Ces procédés consistent à associer un préamplificateur à chacune des lignes de têtes, et à valider à un instant donné un élément et un seul de chacune de ces lignes par un procédé de sélection appliqué à la colonne précédente. Dans la Demande de Brevet 2 656 454, on utilise une non-linéarité (saturation des pôles, ou angle de la magnétisation dans l'élément magnétorésistif). Dans la Demande de Brevet 2 665 010, on applique une tension sur la colonne à sélectionner, et on fait en sorte que le courant ne puisse circuler que dans l'élément actif de chaque ligne, ce qui conduit à utiliser un amplificateur à faible impédance d'entrée, tel qu'un amplificateur de transconductance. Lorsque la résistance des éléments MR est faible (de l'ordre de 10 ohms ou moins), comme c'est généralement le cas avec les matériaux et technologies connus actuellement, le terme de bruit prépondérant est la tension de bruit de l'amplificateur. La présente invention consiste en un procédé mieux adapté à la lecture d'une matrice de capteurs magnétorésistifs, en particulier lorsque leur impédance est faible. L'invention concerne donc un dispositif de lecture d'un ensemble d'éléments résistifs comportant chacun un accès d'interrogation connectable à une source électrique d'interrogation et un accès de lecture connecté à un circuit de détection de tension permettant de mesurer la résistance de chaque élément résistif, caractérisé en ce que: le circuit d'interrogation applique successivement un potentiel d'interrogation à l'accès d'interrogation de chaque élément résistif tandis qu'il applique un potentiel de référence aux autres éléments résistifs; et ce qu'il comporte au moins un circuit de stabilisation de tension connecté aux accès de lecture des éléments résistifs et qui maintient ces accès sensiblement au potentiel de référence. Les différents objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus 1 o clairement dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple et dans les figures qui représentent: la figure 1, un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention; la figure 2, un exemple de réalisation plus détaillé du dispositif selon l'invention; la figure 3, une variante de réalisation du dispositif de la figure 2. En se reportant à la figure 1, on va tout d'abord décrire un exemple de réalisation de base du dispositif de l'invention. Ce dispositif comporte un ensemble d'éléments résistifs 1 0, 1 1, L n pouvant présenter des valeurs de résistances différentes. Chaque élément 1 0 à L N comporte un accès d'interrogation tel que AL.0 et un accès de lecture L 1 0. Un circuit d'exploration EX permet d'appliquer successivement à chaque accès d'interrogation (AL O à Al n) un potentiel d'interrogation Vo tandis qu'il applique aux autres accès d'interrogation un potentiel v (par exemple v = 0 volt) Selon l'exemple de la figure 1, à un instant donné, le circuit EX applique le potentiel Vo à l'accès d'interrogation AL O de l'élément 1 0 tandis qu'il applique un potentiel v = O Volt aux autres accès d'interrogation. Les accès de lecture LL O à LL N sont connectés à un détecteur de tension Ai. Selon l'invention lors de l'interrogation d'un élément 1 0 par exemple, pour rendre inefficace l'influence des autres éléments ( 1 1 à 1 N selon cet exemple), les différents accès de lecture LL O à LL N sont connectés à une source de tension CS par une résistance R de telle façon que les accès de lecture LL O à Ll n soient au potentiel v (v = O par exemple). Ainsi, un courant Io circule dans l'élément ( 1 0) En revanche, l'on cherche à ce qu'il n'y ait pas de courant dans les autres éléments, afin qu'ils ne puissent générer de signal parasite qui s'ajouterait à celui de la tête sélectionnée Il suffit pour cela d'assurer une tension nulle à leurs bornes Le potentiel de la ligne est ramené au potentiel v grâce à une résistance R, connectée à un générateur de tension Vr (Vr r étant la valeur moyenne d'un élément résistif 1 0 à L n. L'invention est plus particulièrement applicable à la lecture de têtes magnétorésistives dont la résistance varie avec leur état de magnétisation. Selon une réalisation préférée les éléments résistifs (magnétorésistifs) sont arrangés sous forme d'une matrice comportant m lignes et chaque ligne comportant N éléments Un préamplificateur (détecteur) Ai est prévu pour chaque ligne, ou bien on prévoit un préamplificateur (détecteur) Ai commun commutable sur les différentes lignes. L'analyse de fonctionnement du dispositif de la figure 1 fait ressortir que le signal de lecture apparaît comme une petite variation de résistance Ar de la magnétorésistance r Ceci se traduit par un léger déséquilibre de tension Le préamplificateur Ai amplifie ce signal. Avec les notations suivantes: Ar/r = variation de la magnétorésistance à saturation l = efficacité du couplage magnétique (ou rapport entre l'amplitude du signal relu et l'amplitude à saturation) n = nombre d'éléments par ligne. Le signal d'entrée du préamplificateur Ai V Ar ve n+ 1 r Le signal en sortie du préamplificateur Ai est évidemment: vs = Ave Le gain A du préamplificateur peut être très élevé: la composante continue a été supprimée et le signal peut utiliser une bonne partie de la dynamique de l'ampli. En ce qui concerne la bande passante du préamplificateur Ai, si D est le débit binaire de la tête de lecture, S le facteur de suréchantillonnage (nombre d'échantillons de signal par bit relu) et m x N le nombre total d'éléments 1 0 à l n, alors la fréquence des échantillons par préampli de lecture est: Dx S m La bande passante de l'amplificateur de lecture doit être supérieure à la cadence de lecture des colonnes successives, de manière à ne pas introduire de diaphonie par mélange d'échantillons successifs L'on choisira une bande passante de l'ordre de 5 fois cette valeur: B 5 x Dx S m En ce qui concerne le niveau de bruit, si vb est la tension de bruit (en V//-FE-z) à l'entrée du préampli, alors la tension efficace de bruit générée par l'ampli est donnée par: vff= vbx vb ff = vb x a/g Si l'on suppose que c'est le terme de bruit prépondérant, le rapport S/B s'exprime par: = 20 log n+lV 11-Ax(vb 2 x 5 D S/m)l-1/2 l B N 1 r La nature du système est telle qu'il n'est pas possible de garantir de manière rigoureuse la stabilité de la valeur de r Il n'est pas non plus possible de garantir que r sera identique pour tous les éléments MR Dans le cas d'une variation Ar/r de l'un des éléments, la tension moyenne apparaissant à l'entrée de l'amplificateur, et donc aux bornes des éléments non sélectionnés, est de: v Ar 1 Ar n+ 1 r n+ 1 et la diaphonie qui peut résulter de cet état de fait est donnée par Ar 1 r n+ 1 Si l'on garantit une dispersion des éléments en deçà de 10 %, la diaphonie sera de l'ordre de -40 d B (pour N > 10). Si la dispersion est plus grande, ou si des variations en température apparaissent, alors il est possible de faire varier Vr de manière individuelle pour chaque interrogation d'un élément. La figure 2 représente un circuit permettant de générer N valeurs différentes pour Vr, chacune correspondant à l'interrogation d'un élément particulier Ces tensions Vri, représentées par des nombres binaires, sont stockées dans une mémoire ME, et présentées l'une après l'autre, à l'instant convenable, à l'entrée d'un convertisseur numérique- analogique CNA qui les traduit en tensions électriques. De manière à assurer que les tensions moyennes en sortie seront toujours bien compensées, même si des dérives se produisent l'on insère le circuit précédent dans une boucle de contre-réaction qui permet de modifier la valeur de la tension de compensation en fonction du résidu de tension moyenne en sortie du circuit de détection Al Cette boucle peut être du type représenté en figure 3 Le circuit est ici constitué du circuit de détection Al (amplificateur de lecture), d'un convertisseur analogique-numérique CAN, d'un multiplieur K par un coefficient K (k et enfin d'un convertisseur numérique-analogique CNA. Par suite du fonctionnement multiplexé de la tête, le convertisseur CAN reçoit successivement les tensions Vsl, Vs 2 Vsi Vsn correspondant aux signaux délivrés par les N interrogations d'une ligne Si l'on s'intéresse uniquement à l'élément i, l'on peut décrire le fonctionnement du circuit par les équations suivantes: Vsk+ = Vek+ Vrk (l'ampli est supposé de gain unité) Vrk+= K Vk + Yk (équation d'actualisation de Vrk) o Ve est la tension délivrée par la tête i en l'absence de compensation Vs est la tension à l'entrée du CAN et Vr est la tension de compensation délivrée par le CNA et les indices K, K+ 1 des instants successifs d'échantillonnage. s La réponse du circuit s'exprime par 1 'équation en z suivante: Vs 1__ _ Ve 1-( 1 +K)F' Si K est négatif, le circuit se comporte comme un filtre passe-haut du 0 o premier ordre Toute composante continue présente à l'entrée est donc supprimée. La fréquence de coupure du filtre dépend de K Elle sera choisie suffisamment basse pour supprimer la composante continue et ses variations lentes sans atténuer les composantes basse fréquence du signal de lecture. En réalité, ce traitement s'applique séquentiellement aux signaux des n éléments d'une ligne: le registre à décalage a pour rôle de délivrer la tension de compensation Vri à l'instant de sélection d'un élément i, puis de stocker la nouvelle valeur de Vri pendant N coups d'horloge, jusqu'à ce qu'on lise à nouveau l'élément i Les N signaux sont ainsi traités de manière multiplexée dans le temps. Le circuit présenté ici est un filtre du premier ordre Il peut être souhaitable, dans certaines applications, de réaliser un système d'un ordre supérieur Cela ne présente, bien sûr, aucune difficulté si l'on utilise les techniques classiques de synthèse de filtres numériques. Ce circuit permet donc le fonctionnement multiplexé d'une matrice d'éléments magnétorésistifs avec un niveau de sortie élevé et un bon rapport signal bruit La composante continue est supprimée, et la diaphonie annulée grâce à un circuit de compensation fonctionnant en multiplexe temporel Ce circuit est applicable notamment à la lecture d'une tête magnétique comportant une matrice de n x m têtes élémentaires magnétorésistives. Il est bien évident que la description qui précède n'a été faite qu'à titre d'exemple Son application notamment à la lecture de têtes magnétorésistives n'a été fournie que pour illustrer la description. REVENDICATIONS 1 Dispositif de lecture d'un ensemble d'éléments résistifs ( 1 0, L n) comportant chacun un accès d'interrogation (A 1 O, Al n) connectable à une source électrique d'interrogation (Ex) et un accès de lecture (Ll 0, Ll n) connecté à un circuit de détection de tension (LEC) permettant de mesurer la résistance de chaque élément résistif, caractérisé en ce que: le circuit d'interrogation (Ex) applique successivement un potentiel d'interrogation (V) à l'accès d'interrogation de chaque élément résistif tandis qu'il applique un potentiel de référence (v) aux autres éléments résistifs; et en ce qu'il comporte au moins un circuit de stabilisation (CS) de tension connecté aux accès de lecture (Ll 0, Ll n) des éléments résistifs et qui maintient ces accès sensiblement au potentiel de référence (v). 2 Dispositif de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments résistifs sont des têtes de lecture magnétorésistives. 3 Dispositif de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que le potentiel de référence (y) est un potentiel de valeur nulle. 4 Dispositif de lecture selon la revendication 2, caractérisé en ce que: les têtes magnétorésistives ( 1 0, l n) sont arrangées sous forme matricielle en lignes et colonnes, les accès d'interrogation des têtes d'une colonne étant connectés à un fil de colonne, les accès de lecture des têtes d'une ligne étant connectés à un fil de ligne; le circuit d'interrogation (EX) applique successivement le potentiel d'interrogation (V) à chaque fil de colonne tandis qu'il applique le potentiel de référence (v) aux autres fils de colonne; un circuit de lecture (AO, An) est connecté à un fil de ligne; le circuit de stabilisation de tension (CS) est connecté aux différents fils de ligne. Dispositif de lecture selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte autant de circuits de stabilisation de tension qu'il y a de fils de ligne, chaque circuit de stabilisation étant connecté à un fil de ligne. 6 Dispositif de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de stabilisation comporte une source de tension (Vr) et une résistance (R). 7 Dispositif de lecture selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également une mémoire (ME) par interrogation d'un élément ( 1 0, l.n), enregistrant à chaque interrogation d'une tête la valeur de la tension détectée et commandant, lors de l'interrogation suivante du même élément, le circuit de stabilisation (CS) de façon à ce qu'il applique aux accès de lecture (LL O, Ll n) une tension sensiblement égale à celle de la tension précédemment détectée. 8 Dispositif de lecture selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de compensation (ADD) permettant à chaque interrogation de modifier la valeur de la tension appliquée aux accès de lecture, par le circuit de io stabilisation (CS), en fonction de la tension détectée et d'enregistrer la tension ainsi modifiée.