DE69931715T2

DE69931715T2 - System und Verfahren zur Messung von relativen und absoluten Amplituden eines Lesesignals von einem Datenspeichermedium

Info

Publication number: DE69931715T2
Application number: DE69931715T
Authority: DE
Inventors: Rick Allen Winchester Philpott; Gregory Scott Winchester Winn
Original assignee: Hitachi Global Storage Technologies Netherlands BV
Current assignee: HGST Netherlands BV
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2019-09-15
Also published as: SG80647A1; EP0987706A2; MY124679A; JP3611752B2; US6268972B1; DE69931715D1; EP0987706B1; JP2000100075A; KR20000022725A; KR100309913B1; EP0987706A3; TW504676B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Signale, die aus einem Datenspeichermedium ausgelesen werden, und im Besonderen ein System und ein Verfahren zum Messen der relativen und absoluten Amplitude eines Signals, das aus einem in einem Plattenlaufwerksystem bereitgestellten Datenspeichermedium ausgelesen wird.
Ein typisches Plattenlaufwerksystem umfasst ein Magnetmedium zum Speichern von Daten in Magnetform und mehrere Wandler, die zum Lesen und Schreiben von Magnetdaten auf das bzw. vom Medium verwendet werden. Eine typische Datenspeichervorrichtung umfasst beispielsweise eine oder mehrere Datenspeicherplatten, die koaxial auf einer Nabe eines Spindelmotors angebracht sind. Der Spindelmotor dreht die Platten mit Geschwindigkeiten, die typischerweise in der Größenordnung von einigen tausend Umdrehungen pro Minute (U/min) liegen.
Digitale Informationen werden typischerweise in Form von Magnetübergängen auf einer Reihe von konzentrischen, beabstandeten Spuren aufgezeichnet, die an der Oberfläche der magnetisierbaren, starren Datenspeicherplatten formatiert sind. Die Spuren sind im Allgemeinen in mehrere Sektoren unterzeichnet, wobei jeder Sektor mehrere Informationsfelder, einschließlich Felder zum Speichern von Daten, z.B. Sektoridentifikations- und Synchronisierungsinformationen, umfasst.
Eine Aktuatoranordnung umfasst typischerweise eine Vielzahl an sich nach außen erstreckenden Armen mit einem oder mehreren Lese-/Schreibkopfanordnungen, die mithilfe von flexiblen Aufhängungen auf diesen angebracht sind. Eine typische Lese/Schreibkopfanordnung umfasst einen Gleitkörper, ein Leseelement und ein Schreibelement. Der Gleitkörper hebt die Lese-/Schreibelemente von der Oberfläche der Platte an, wenn die Geschwindigkeit der Spindelmotordrehung zunimmt, und verursacht das Schweben der Lese-/Schreibelemente oberhalb der Platte auf einem Luftkissen, das durch die Hochgeschwindigkeitsdrehung der Platte erzeugt wird. Der Abstand zwischen dem Lese-/Schreibkopf und der Plattenoberfläche, die typischerweise in etwa 40 bis 100 Nanometer (nm) beträgt, wird häufig als Flughöhe oder Kopfabstand bezeichnet.
Das Schreiben von Daten auf einer Magnetdatenspeicherplatte umfasst typischerweise das Leiten eines elektrischen Stroms durch ein Schreibelement der Lese/Schreibkopfanordnung, zur Erzeugung von magnetischen Flusslinien, die eine spezifische Stelle an der Plattenoberfläche magnetisieren. Das Lesen von Daten von einer spezifizierten Stelle wird typischerweise durchgeführt, indem ein Leseelement der Lese-/Schreibkopfanordnung das Magnetfeld oder die magnetischen Flusslinien, die von den magnetisierten Stellen der Platte ausgehen, abfühlt. Während das Leseelement über die sich drehende Plattenoberfläche schwebt, führt die Wechselwirkung zwischen dem Leseelement und den magnetisierten Stellen an der Plattenoberfläche zur Erzeugung von Signalen, die üblicherweise als abgefragtes Signale bezeichnet werden, im Leseelement.
Herkömmliche Plattenlaufwerksysteme verwenden im Allgemeinen ein Regelkreis-Servoregelsystem mit Rückführung zur Positionierung der Lese-/Schreibelemente oder Wandler an spezifizierten Speicherstellen auf der Datenspeicherplatte. Beim normalen Betrieb des Plattenlaufwerksystems wird typischerweise ein Servowandler, der im Allgemeinen in der Nähe der Lese-/Schreibwandler angebracht ist oder alternativ dazu als Leseelement der Lese-/Schreibkopfanordnung eingebaut ist, zum Verfolgen einer spezifizierten Spur (d. h. "Track Following") und Orten (d. h. Suchen) einer spezifizierten Spur und Datensektorstellen auf der Platte verwendet.
In Übereinstimmung mit einer bekannten Servomethode werden eingebettete Servomusterinformtionen entlang Segmenten, die sich in einer im Wesentlichen vom Mittelpunkt der Platte nach außen verlaufenden Richtung erstrecken, geschrieben. Somit sind die eingebetteten Servomuster zwischen den Datenspeichersektoren einer jeden Spur ausgebildet. Es ist anzumerken, dass ein Servosektor typischerweise ein Muster aus Daten enthält, das häufig als Servo-"Burst"-Muster bezeichnet wird und verwendet wird, um bei der Übertragung von Daten zu und von spezifizierten Datensektoren die optimale Ausrichtung zwischen den Lese-/Schreibwandlern über der Mittellinie einer Spur aufrechtzuerhalten. Die Servoinformation kann auch Sektor- und Spuridentifikationscodes umfassen, die zur Identifizierung der Position des Wandlers verwendet werden.
Im Industriesektor der Herstellung von Plattenlaufwerksystemen wird derzeit der Leistung und Zuverlässigkeit der Wandler, die als Teil des Lese-/Schreibkopfs verwendet werden, vermehrt Aufmerksamkeit geschenkt. Änderung der Betriebseigenschaften eines Lesewandlers kann beispielsweise die Verschlechterung des Lese/Schreibkopfs oder ein bevorstehendes Versagen des Kopfs anzeigen. Änderungen der Amplitude des abgefragten Signals beispielsweise kann ein mögliches Problem mit dem Leseelement anzeigen.
Magnetowiderstands-(MR-)Elemente werden in zahlreichen Plattenlaufwerksystemen als Lesewandler verwendet. Obwohl es den Anschein hat, dass eine MR-Lese/Schreibkopfanordnung, die typischerweise ein MR-Leseelement und ein Dünnschicht-Schreibelement umfasst, im Vergleich zu herkömmlichen Dünnschichtköpfen verschiedene Vorteile mit sich bringt, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt, dass MR-Wandler häufig ein unerwünschtes Verhalten an den Tag legen, das schwierig zu detektieren, unterdrücken oder quantifizieren ist.
Es wurde herausgefunden, dass beispielsweise die Amplitudeneigenschaften eines abgefragten Signals Einblick in die Intaktheit und die Betriebsbedingungen eines Lesewandlers geben kann. Ein Riesen-MR-(GMR-)Wandler, dessen Betreib abnormal ist, kann beispielsweise abgefragte Signale erzeugen, deren Amplitude im Lauf der Zeit abnimmt. Die Art und die Komplexität der meisten Lesekanalkonstruktionen schließen aber im Allgemeinen eine In-situ-Bestimmung der Eigenschaften des abgefragten Signals, wie etwa die Bestimmung der Amplitude des abgefragten Signals im Lauf der Zeit, von vornherein aus.
Innerhalb des Plattenlaufwerks-Herstellungsgewerbes besteht somit der dringende Wunsch nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Bestimmung der Amplitude des von einem Datenspeichermedium erhaltenen abgefragten Signals. Ein besonderes Bedürfnis besteht nach einer derartigen Vorrichtung und einem derartigen Verfahren, das in situ in einem Lesekanal und ohne Bereitstellung von plattenlaufwerksexternen Komponenten und Prüfgeräten umgesetzt werden kann. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese und weitere Bedürfnisse.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur In-situ-Messung einer Amplitude eines abgefragten Signals aus einem Lesekanal, das aus einem Datenspeichermedium erhalten und in einen verstärkungsfaktor-modifizierenden Verstärker eingegeben wird, bereitgestellt, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
das Abfühlen eines Spannungssignals, das einem Verstärkungsfaktor des Verstärkers zugeordnet ist;
das Auswählen eines digitalen Wortwerts, der für ein Steuerspannungssignal repräsentativ ist;
das Vergleichen des abgefühlten Spannungssignals mit dem Steuerspannungssignal; und
das Wiederholen der Schritte des Auswählens und des Vergleichens, bis das abgefühlte Spannungssignal im Wesentlichen gleich dem Steuerspannungssignal ist; worin der dem Steuerspannungssignal, das im Wesentlichen gleich dem abgefühlten Spannungssignal ist, zugeordnete digitale Wortwert eine relative Amplitude des abgefragten Signals repräsentiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schaltung zur Bestimmung der Verstärkungsfaktoreigenschaften einer Schaltung, die eine Amplitude eines aus einem Datenspeichermedium erhaltenen abgefragten Signals misst, bereitgestellt, die gekennzeichnet ist durch:
einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor, wobei der Verstärker einen Eingang zum Empfang des abgefragten Signals, einen Ausgang und einen Steuereingang aufweist;
einen Puffer, der eine Eingang/Ausgang-(I/O-)Schnittstelle und einen an den Steuereingang des Verstärkers gekoppelten Ausgang aufweist;
einen Komparator, der einen mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelten ersten Eingang, einen mit einer ersten Referenzspannungsquelle, die eine Referenzspannung mit vorbestimmter Amplitude erzeugt, gekoppelten zweiten Eingang und einen Ausgang umfasst;
einen Digital-Analog-Wandler (DAC), wobei ein Ausgang und ein Eingang des DAC mit der I/O-Schnittstelle des Puffers gekoppelt ist; und
eine Steuerschaltung, die mit dem Eingang des DAC und dem Ausgang des Komparators gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung eine Vielzahl an digitalen Worten an den DAC übermittelt, um die Verstärkungsfaktoreigenschaften zu bestimmen, wobei jedes der Vielzahl an digitalen Worten einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorwert und einer Steuerspannung zugeordnet ist;
worin die Steuerschaltung angeordnet ist, um die digitalen Worte an den DAC zu übertragen, bis das Steuerspannungssignal im Wesentlichen gleich dem abgefühlten Spannungssignal ist, worin das dem Steuerspannungssignal, das im Wesentlichen gleich dem abgefühlten Spannungssignal ist, zugeordnete digitale Wort eine relative Amplitude des abgefragten Signals repräsentiert.
Das abgefühlte Spannungssignal wird mit mehreren Steuerspannungssignalen verglichen, von denen jedes einem digitalen Wortwert zugeordnet ist, bis das abgefühlte Spannungssignal im Wesentlichen einem ausgewählten Steuerspannungssignal entspricht. Der zumindest dem verwendeten Steuerspannungssignal zugeordnete digitale Wortwert ist repräsentativ für die relative Amplitude des abgefragten Signals. Die Messung der Amplitude eines abgefragten Signals kann durchgeführt werden, während der Lesekanal im Lese-, im Leerlauf- oder im Servobetriebsmodus ist.
Die absolute Amplitude eines abgefragten Signals kann durch Ausführen einer Messung der Amplitude des abgefragten Signals nach Durchführung eines Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahrens bestimmt werden. Die Bestimmung der Verstärkungsfaktoreigenschaften der Verstärkungsschaltung umfasst das Anlegen mehrerer Referenzspannungssignale an den Signaleingang des verstärkungsfaktor-modifizierenden Verstärkers. Jedes der Referenzspannungssignale ist einem entsprechenden, zuvor festgelegten Verstärkungsfaktorwert zugeordnet. Für jedes an den Verstärker angelegte Referenzspannungssignal wird ein Steuerspannungssignal selektiv an den Verstärker angelegt, bis das Verstärkerausgangsspannungssignal im Wesentlichen gleich dem zuvor festgelegten Referenzspannungssignal ist. Nach dem Abschluss des Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahrens kann eine beliebige Anzahl an Amplitudenmessungen vorgenommen werden, um die absolute Amplitude des abgefragten Signals zu erhalten.
Eine Ausführungsform einer Schaltung zur Messung der Amplitude eines abgefragten Signals umfasst einen verstärkungsfaktor-modifizierenden Verstärker, der das abgefragte Signal empfängt. Ein Multiplexer umfasst einen Steuerspannungssignalausgang, der mit dem Verstärker gekoppelt ist, und einen Abfühlausgang. Ein Abfühlspannungssignal, das einem Verstärkungsfaktor des Verstärkers zugeordnet ist, tritt am Abfühlausgang des Multiplexers auf. Die Schaltung umfasst zudem einen Digital-Analog-Wandler (DAC) mit einem Ausgang und einem Eingang. Eine Steuerschaltung, die mit dem Eingang des DAC gekoppelt ist, überträgt den für ein Steuerspannungssignal repräsentativen digitalen Wortwert an den DAC. Der DAC überträgt das Steuerspannungssignal an einen Komparator.
Der Komparator, der einen mit dem Abfühlausgang des Multiplexers gekoppelten ersten Eingang, einem mit dem Ausgang des DAC gekoppelten zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, vergleicht das Abfühlspannungssignal, das am ersten Eingang auftritt, mit dem am zweiten Eingang auftretenden Steuerspannungssignal. Die Steuerschaltung übermittelt digitale Wortwerte an den DAC, bis das Steuerspannungssignal im Wesentlichen dem Abfühlspannungssignal entspricht; an diesem Punkt stellt nun der einem Steuerspannungssignal zugeordnete digitale Wortwert eine relative Amplitude des abgefragten Signals dar.
Eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Verstärkungsfaktoreigenschaften einer Schaltung zur Messung der Amplitude eines abgefragten Signals umfasst einen mit einem verstärkungsfaktor-modifizierenden Verstärker, etwa eine Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor, gekoppelten Puffer. Der Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor umfasst einen Eingang für den Empfang eines abgefragten Signals, einen Ausgang und einen Steuereingang. Der Puffer umfasst eine Eingang/Ausgang-(I/O-)Schnittstelle und einen mit dem Steuereingang des Verstärkers gekoppelten Ausgang. Die Schaltungsanordnung umfasst weiters einen Komparator mit einem mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelten ersten Eingang, einem mit einer ersten Referenzspannungsquelle, die eine Referenzspannung mit vorbestimmter Amplitude erzeugt, gekoppelten zweiten Eingang und einen Ausgang. Ein DAC umfasst einen mit der I/O-Schnittstelle des Puffers gekoppelten Ausgang.
Eine Steuerschaltung ist dem Eingang des DAC und dem Ausgang des Komparators gekoppelt. Die Steuerschaltung übermittelt eine Vielzahl an digitalen Worten an den DAC, um die Verstärkungsfaktoreigenschaften zu bestimmen. Jedes der digitalen Worte ist einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorwert und einer Steuerspannung zugeordnet. Der Komparator vergleicht das vom Verstärker erzeugte Ausgangssignal mit der Referenzspannung, und die Steuerschaltung übermittelt digitale Wortwerte an den DAC, bis das Verstärkerausgangssignal im Wesentlichen der vorbestimmten Referenzspannungsamplitude entspricht.
Die Schaltungsanordnung zur Verstärkungsfaktor-Charakterisierung kann weiters einen Speicher umfassen, der zum Speichern der digitalen Worte und der zugeordneten, vorbestimmten Verstärkungsfaktorwerte und Steuerspannungen mit der Steuerschaltung gekoppelt ist. Eine zweite Referenzspannungsquelle kann ebenfalls mit dem Eingang des Verstärkers gekoppelt sein. Die zweite Referenzspannungsquelle speist eines aus mehreren Referenzspannungssignalen ausgewähltes Signal in den Verstärker ein, um die Verstärkungsfaktoreigenschaften zu bestimmen. Jedes der Referenzspannungssignale ist einem zuvor festgelegten Verstärkungsfaktorwert zugeordnet.
Die Schaltungsanordnung zur Verstärkungsfaktor-Charakterisierung kann außerdem mit einer Schaltungsanordnung zur Messung der Amplitude eines abgefragten Signals, vorzugsweise in situ eines Lesekanals, kombiniert sein. In einer solchen Ausführungsform wird ein Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahren vor der Durchführung der Messungen der absoluten Amplitude von abgefragten Signalen durchgeführt.
Die obige Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung sollte keine Beschreibung der einzelnen Ausführungsformen oder aller Umsetzungsarten der vorliegenden Erfindung darstellen. Vorteile und Errungenschaften wie auch ein besseres Verständnis der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den Ansprüchen, gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen, hervor und sind aus diesen ersichtlich.
1 ist eine perspektivische Draufsicht auf ein Plattenlaufwerksystem, bei dem die obere Gehäuseabdeckung abgenommen ist;
2 ist ein Seitenaufriss eines Plattenlaufwerksystems, das eine Vielzahl an Datenspeicherplatten umfasst;
3 ist ein Blockschaltbild einer Lesekanal-Schaltungsanordnung, die eine Schaltungsanordnung zur Durchführung der Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
4 veranschaulicht verschiedene Schritte, die zu einer Methode zur Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals gemäß der vorliegenden Erfindung gehören, in Form eines Flussdiagramms;
5 ist ein Diagramm der idealen und tatsächlichen Verstärkungsfaktorkurven eines Verstärkers mit variablem Verstärkungsfaktor (VGA) als Funktion der an einer logarithmischen Skale als Graph aufgezeichneten Steuerspannung;
6 veranschaulicht die in 5 dargestellte Verstärkungsfaktorkurve, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung charakterisiert wurde;
7 ist ein Systemblockschaltbild einer Schaltung zur VGA-Verstärkungsfaktorcharakterisierung und zur Messung der absoluten Amplitude eines abgefragten Signals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung zur VGA-Verstärkungsfaktorcharakterisierung und zur Messung der absoluten Amplitude eines abgefragten Signals;
9 veranschaulicht verschiedene Verfahrensschritte, die zum Verfahren der VGA-Verstärkungsfaktorcharakterisierung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gehören, in Form eines Flussdiagramms;
10 veranschaulicht verschiedene Verfahrensschritte, die zu einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens der VGA-Verstärkungsfaktorcharakterisierung gehören; und
11 veranschaulicht verschiedene Verfahrensschritte, die zur Berechnung der absoluten Amplitude eines abgefragten Signals nach der Durchführung des Verfahrens der VGA-Verstärkungsfaktorcharakterisierung gehören.
In der folgenden Beschreibung der veranschaulichten Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zum Zwecke der Veranschaulichung verschiedene Ausführungsformen möglicher Umsetzungsarten der Erfindung in der Praxis dargestellt sind. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen angewendet werden können und dass strukturelle und funktionelle Änderungen vorgenommen werden können, ohne den in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Ein System und eine Methode gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Messung der relativen Amplitude eines von einem Datenspeichermedium erhaltenen, abgefragten Signals. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Messung der absoluten Amplitude eines von einem Datenspeichermedium erhaltenen, abgefragten Signals. Die Messung der absoluten Amplitude eines abgefragten Signals wird erhalten, indem der Verstärkungsfaktor der im Lesekanal bereitgestellten Verstärkungsschaltungsanordnung charakterisiert wird. Die Methoden der Abfragenamplitudenmessung und der Verstärkungsfaktorcharakterisierung der vorliegenden Erfindung können vorteilhaft innerhalb der Lesekanalelektronik implementiert werden, wodurch keine Abhängigkeit von externer Signalverarbeitungselektronik besteht.
Ein bedeutender Anstieg der Genauigkeit der Amplitudenmessung wird die vollständig im Lesekanal integrierte Schaltungsanordnung zur Amplitudenmessung Verstärkungsfaktorcharakterisierung erzielt. Ungenauigkeiten der Amplitudenmessung, die sich beispielsweise aus Temperaturschwankungen und Prozessverschiebungen ergeben und auftreten würden, wenn lesekanalexterne Elektronik verwendet wird, werden zur Gänze ausgeräumt, indem gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein integrierter Ansatz angewendet wird.
Mit Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf die 1 und 2 ist ein Plattenlaufwerksystem 20 veranschaulicht, in dem die Methode der Abfragesignalamplituden- und Verstärkungsfaktorcharakterisierung der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden können. Das Plattenlaufwerksystem 20 umfasst typischerweise, wie in 2 am deutlichsten zu erkennen ist, eine oder mehrere starre Datenspeicherplatten 24, die koaxial in einer beabstandeten Tandembeziehung montiert sind und sich mit einer relativen hohen Drehgeschwindigkeit um einen Spindelmotor 26 drehen. Wie in 1 abgebildet ist, ist jede Platte 24 typischerweise formatiert, sodass sie eine Vielzahl an beanstandeten, konzentrischen Spuren 50 aufweist, wobei jede Spur in eine Reihe von Sektoren 52 partitioniert ist, die wiederum weiter in einzelne Informationsfelder unterteilt sind. Eine oder mehrere der Platten 24 können alternativ dazu so formatiert sein, dass sie eine Spiralspurkonfiguration umfassen.
Ein Aktuator 30 umfasst typischerweise mehrere überlappende Aktuatorarme 28, wobei jeder Arm einen oder mehrere Wandler 27 und Gleitstückanordnungen 35 aufweist, die zur Übermittlung von Informationen von und zu den Datenspeicherplatten 24 an einem Ladebalken 25 montiert sind. Das Gleitstück 35 ist typischerweise als aerodynamischer Hebekörper konzipiert, der den Wandler 27 von der Oberfläche der Platte 24 anhebt, wenn die Geschwindigkeit der Spindelmotordrehung zunimmt, und den Wandler 27 veranlasst, auf einem durch die hohe Geschwindigkeit der Drehung der Platte 24 erzeugten Luftkissen oberhalb der Platte 24 zu schweben. Ein konturgetreues Schmiermittel kann alternativ dazu auf der Plattenoberfläche aufgebracht sein, um die statische und dynamische Reibung zwischen dem Gleitstück 35 und der Plattenoberfläche zu mindern.
Der Aktuator 30 ist typischerweise an einem feststehenden Aktuatorschaft 32 angebracht und dreht sich auf dem Schaft, um die Aktuatorarme 28 in den Stapel aus Datenspeicherplatten 24 hinein und hinaus zu bewegen. Eine Spulenanordnung 36, die an einem Spulenrahmen 34 des Aktuators 30 angebracht ist, dreht sich im Allgemeinen innerhalb eines durch die obere und untere Magnetanordnung 40 und 42 einer Permanentmagnetstruktur 38 definierten Zwischenraum 44 und veranlasst die Aktuatorarme 28 dazu, über die Oberfläche der Datenspeicherplatten 24 zu streichen. Der Spindelmotor 26 umfasst typischerweise einen Mehrphasen-Wechselstrommotor oder alternativ dazu einen Gleichstrommotor, der durch eine Stromversorgung 46 mit Energie beaufschlagt wird und zum Drehen der Speicherplatten 24 geeignet ist.
Die Spulenanordnung 36 und die obere und untere Magnetanordnung 40 und 42 der Permanentmagnetstruktur 38 wirken als Aktuator-Schwingspulenmotor 39 zusammen, der auf die von einem Servoprozessor 56 erzeugten Steuersignale responsiv ist. Der Servoprozessor 56 steuert die Richtung und die Größe des in den Aktuator-Schwingspulenmotor 39 eingespeisten Steuerstroms. Der Aktuator-Schwingspulenmotor 39 erzeugt eine Drehkraft am Aktuatorspulenrahmen 34, wenn Steuerströme mit variierender Richtung und Größe in der Spulenanordnung 36 in Gegenwart eines von der Permanentmagnetstruktur 38 erzeugten Magnetfelds fließen. Die Drehkräfte, die auf den Aktuatorspulenrahmen 34 ausgeübt werden, erzeugen eine entspre chende Drehbewegung der Aktuatorarme 28 in Richtungen, die von der Polarität der in der Spulenanordnung 36 fließenden Steuerströme abhängen.
Der Servoprozessor 56, der mit der Lesekanalelektronik 57 zusammenwirkt, reguliert den Aktuator-Schwingspulenmotor 39, um die Aktuatorarme 28 und Wandler 27 beim Lesen und Schreiben von Daten von der Platte und auf diese zu vorgeschriebenen Spur- 50 und Sektor- 52 Stellen zu bewegen. Der Servoprozessor 56 ist lose mit einer Plattenlaufwerk-Steuereinheit 58 gekoppelt. Die Plattenlaufwerk-Steuereinheit 58 umfasst typischerweise ein Steuerschaltungsanordnung und Software, die den Transfer von Daten von und zu den Datenspeicherplatten 24 koordinieren. Obwohl der Servoprozessor 56 und die Plattenlaufwerk-Steuereinheit 58 in 1 als zwei separate Vorrichtungen abgebildet sind, versteht es sich, dass die Funktionen des Servoprozessors 56 und der Plattenlaufwerk-Steuereinheit 58 auch in einem einzigen Mehrzweckprozessor ausgeführt sein können, der typischerweise zu einer Senkung der Komponentenkosten führt.
Bezug nehmend auf 3 ist eine Ausführungsform der Amplitudenmessschaltungsanordnung zur Messung der relativen Amplitude eines von einem Speichermedium erhaltenen, abgefragten Signals veranschaulicht. Die in 3 dargestellte Schaltungsanordnung kann in der Lesekanalelektronik des Systems wie zuvor anhand der 1 und 2 beschrieben integriert sein. Es versteht sich, dass die in 3 dargestellte Amplitudenmessschaltungsanordnung wie auch andere Schaltungsausführungsformen und Methoden der Amplitudenmessung und Verstärkungsfaktorscharakterisierung, die hierin beschrieben sind, auf eine Vielzahl von Plattenlaufwerksystemen und Datenspeichersystemen allgemein anwendbar sind.
3 zeigt mehrere Komponenten, die die unter Verwendung des Leseelements eines Lese-/Schreibkopfs 71 von einer Datenspeicherplatte 73 abgeleiteten Informationssignale verarbeiten. Die von der Oberfläche der Platte 73 erhaltenen Informationssignale stellen typischerweise darauf gespeicherte Daten oder Servoinformationen dar, können aber auch andere Informationen umfassen. Die auf der Platte 73 gespeicherten Informationen liegen typischerweise in Form von Magnetübergängen auf einer Reihe konzentrischer oder gewundener Spuren vor. Der Lese-/Schreibkopf umfasst gegebenenfalls ein Magnetwiderstand-(MR-) Leseeement, ein Riesenmagnetowiderstand-(GMR-) Leseelement, ein Dünnschicht-Leseelement oder einen anderen Typ Lesewandler. Es versteht sich, dass die Datenspeicherplatte 73 gegebenenfalls optische Informationen speichert und dass der Lese-/Schreibkopf 71 gegebenenfalls ein optisches Leseelement umfasst.
Das in den Lesewandler des Lese-/Schreibkopfs 71 induzierte Informationssignal wird typischerweise an eine Vorverstärkerelektronik, etwa einer Armelektronik-(AE-) Schaltung oder Modul 72 übertragen. Das AE-Modul 72 verstärkt das vom Lese/Schreibkopf 71 übertragene abgefragte Signal, typischerweise vom Mikrovoltbereich auf den Millivoltbereich. Das verstärkte abgefragte Signal wird vom AE-Modul an eine Abfrageamplitudenmessschaltung 75 übertragen. Die Abfrageamplitudenmessschaltung 75 ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, im Lesekanal integriert. Es ist anzumerken, dass verschiedene Komponenten der Abfrageamplitudenmessschaltung 75 Komponenten sind, die typischerweise für Lesekanalanwendungen verwendet werden. Solche Komponenten können mit anderen Schaltungselementen gekoppelt sein, die kombiniert für die Messungen der relativen Amplitude von abgefragten Signalen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung sorgen.
Gemäß der in 3 veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung 75 zur Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor (VGA) 76, der über ein oder mehrere Signalleiter 74 mit dem AE-Modul 72 gekoppelt ist. Unter einem Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor wird auf dem Gebiet der Erfindung ein Verstärker verstanden, dessen Verstärkungsfaktor als Reaktion auf Steuersignale, etwa auf Spannungssteuersignale, veränderlich ist. Der VGA 76 ist mit einem zeitkontinuierlichen Filter (CTF) 78 gekoppelt, durch welches abgefragte Signale übertragen und gefiltert werden. Abgefragte Signale, die vom CTF 78 ausgegeben werden, werden entlang einem oder mehreren Signalleitern 79 an die Schaltungsanordnung stromabwärts übertragen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der VGA 76 dazu verwendet, die Amplitude des vom AE-Modul (72) empfangenen abgefragten Signal zu normalisieren. Beispielsweise kann die Amplitude des abgefragten Signal am Ausgang des VGA 76 auf 800 mV_dpp (von Spitze zu Spitze) normalisiert werden. In einer Ausführungsform, die sowohl einen VGA 76 als auch ein CTF 78 umfasst, ist die normalisierte Amplitude von Interesse jene, die der Kombination aus VGA 76 und CTF 78 zugeordnet ist.
Gemäß der in 3 dargestellten Schaltungskonfiguration erzeugt ein VGA-Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 Steuerspannungssignale, die zur Einstellung des Verstärkungsfaktors des VGA 76 entlang einem oder mehreren Leitern 77 an den VGA 76 übertragen werden. Der Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 umfasst einen Datenverstärkungsfaktor-Kondensator 84 und einen Servoverstärkungsfaktor-Kondensator 86. Die jeweils an den Verstärkungsfaktor-Kondensatoren 84 und 86 auftretenden Spannungen sind für integrierte automatische Verstärkungsfaktor-Steuerspannungen repräsentativ, nicht direkt die Amplitude des abgefragten Signals reflektieren. Es versteht sich, dass der Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 in einer weniger komplexen Ausführungsform für einen Multiplexer repräsentativ sein kann.
Ein Abfühlausgang 87 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 80 stellt eine Abfühlausgangsspannung bereit, die gleichwertig zu jener ist, die am Daten- oder am Servoverstärkungsfaktor-Kondensator 84 oder 86 auftritt. Während eines Leerlauf- oder Lesebetriebsmodus wird am Abfühlausgang 87 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 80 eine Ausgangsspannung, die mit der am Datenverstärkungsfaktor-Kondensator 84 auftretenden gleichwertig ist, bereitgestellt. Während eines Servobetriebsmodus ist die Abfühlausgangsspannung mit jener gleichwertig, die am Servoverstärkungsfaktor-Kondensator 86 auftritt. Eigentlich kann der Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 je nach Betriebszustand des Lesekanals zwischen dem Daten- und dem Servoverstärkungsfaktor-Kondensator 84, 86 wählen.
Die am Abfühlausgang 87 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 80 betreitgestellte Ausgangsspannung wird an einen Eingang eines Komparators 82 übertragen. Ein N-Bit-Verstärkungsfaktor-Digital-Analog-Wandler (DAG) 88 ist mit einem zweiten Ein gang des Komparators 82 gekoppelt. Der Komparator 82 vergleicht die vom Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 erhaltene Abfühlspannung mit einer von vom Verstärkungsfaktor-DAC 88 erzeugten Steuerspannung. Ein Ausgang des Komparators 82 ist mit einer Steuerlogikschaltung 90 gekoppelt. Der Komparator 82 erzeugt je nach Größe der Abfühl- und Steuerspannungen, die an seine jeweiligen Eingänge angelegt werden, ein Ausgangslogiksignal von "1" (hoch) oder "0" (Niedrig).
Als Reaktion auf die Nicht-Gleichwertigkeit zwischen den an die jeweiligen Eingänge des Komparators 82 angelegten Abfühl- und Steuerspannungen überträgt die Steuerlogikschaltung 90 über den Leiter 85 ein digitales Wort an den Verstärkungsfaktor-DAC 88. Der Verstärkungsfaktor-DAC 88 erzeugt als Reaktion auf die von der Steuerlogikschaltung 90 empfangenen digitalen Worte zugeordnete Steuerspannungen, die für den weiteren Vergleich mit der durch den Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 erzeugten Abfühlspannung an den Komparator 82 übertragen werden. Als Reaktion auf die Gleichwertigkeit zwischen der Abfühlspannung und einer vom Verstärkungsfaktor-DAC 88 übertragenen Steuerspannung schaltet der Ausgang des Komparators 82 die Logikstatus um.
Die Steuerlogikschaltung 90 beendet die Übermittlung digitaler Wörter an den Verstärkungsfaktor-DAC 88 als Reaktion auf einen Logikstatuswechsel, der am Ausgang des Komparators 82 auftritt. Das letzte übertragene digitale Wort, das eine Gleichwertigkeit zwischen der Abfühl- und der Steuerspannung ergab, ist für die Spannung am Abfühlausgang 87 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 80 und somit der an einem ausgewählten aus dem Daten- und Servoverstärkungsfaktor-Kondensator 84, 86 auftretenden Kondensatorspannung repräsentativ. Das für die Verstärkungsfaktor-Kondensatorspannung repräsentative digitale Wort ist einer entsprechenden relativen Amplitude des abgefragten Signals zugeordnet, das an einem Ausgang 92 der Steuerlogikschaltung 90 bereitgestellt werden kann.
Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich eines Verfahren zur Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals unter Verwendung der in 3 abgebildeten Schaltungsanordnung werden Bezug nehmen auf 4 dargelegt. Ein Verfahren zur Mes sung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals wird mit dem Empfang 100 einer Anfrage, typischerweise von der Plattenlaufwerk-Steuereinheit, eingeleitet. Wie zuvor erwähnt kann die Amplitudenmessung in jedem Betriebszustand des Plattenlaufwerksystems durchgeführt werden. Soll die Amplitudenmessung während des Lesemodus oder des Leerlaufmodus durchgeführt werden, so wird der Datenverstärkungsfaktor-Kondensator ausgewählt 102. Soll die Amplitudenmessung hingegen während des Servomodus durchgeführt werden, so wird der Servoverstärkungsfaktor-Kondensator ausgewählt 104.
Eine mit der am ausgewählten Kondensator auftretenden Spannung gleichwertige Spannung wird am Abfühlausgang 87 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 80 bereitgestellt. Die Abfühlspannung, die der des ausgewählten Verstärkungsfaktor-Kondensators entspricht, wird vom Komparator 82 abgefühlt 106. Die Steuerlogikschaltung 90 wählt ein anfängliches digitales Wort aus, das einer Ausgangs- oder Steuerspannung entspricht, die dem Verstärkungsfaktor-DAC 88 zugeordnet ist, aus. Das digitale Wort wird an den Verstärkungsfaktor-DAC 88 übertragen 109. Der Verstärkungsfaktor-DAC 88 erzeugt 110 eine Steuerspannung an seinem Ausgang als Reaktion auf das von der Steuerlogikschaltung 90 empfangene digitale Wort. Der Komparator 82 vergleicht die vom Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 80 erhaltene Abfühlspannung mit der vom Verstärkungsfaktor-DAC 88 erhaltenen Steuerspannung.
Ist die Verstärkungsfaktor-DAC-Steuerspannung nicht gleich der Abfühlspannung 112, so wählt 114 die Steuerlogikschaltung 90 ein neues digitales Wort aus. Die Steuerlogikschaltung 90 kann eine sequentielle, sukzessive Annäherung oder ein anderes Verfahren bei der Auswahl des nächsten zu verwendenden Worts anwenden. Das nächste digitale Wort wird an den Verstärkungsfaktor-DAC 88 übertragen, wodurch die an den Komparator 82 übertragene Steuerspannung angepasst wird. Dieser Vergleichsvorgang wird so lange fortgeführt, bis die Verstärkungsfaktor-DAC-Steuerspannung mit der am Abfühlausgang 87 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 80 bereitgestellten Abfühlspannung gleichwertig ist.
Als Reaktion auf die Gleichwertigkeit zwischen der Abfühl- und der Steuerspannung wird die relative Amplitude des ausgelesenen Signals, die dem letzten ausgewählten Wort zugeordnet ist, aus der Steuerlogikschaltung 90 ausgelesen 116 und an einem Ausgang 92 bereitgestellt. Der Amplitudenmessvorgang wird danach beendet 118, kann aber bei Empfang einer neuerlichen Amplitudenmessanfrage 100 erneut eingeleitet werden.
Die Steuerlogikspannung 90 ordnet gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mehrere digitale N-Bit-Wörter einer entsprechenden Anzahl an relativen Amplitudenwerten von abgefragten Signalen zu. Jedem der digitalen N-Bit-Wörter sind verschiedene Informationen zugeordnet, etwa eine Steuerspannung, die am Ausgang des Verstärkungsfaktor-DAC 88 erzeugt wird. Andere Informationen, die jedem digitalen N-Bit-Wort zugeordnet sind, umfassen die Signaldaten der relativen Amplitude und einen VGA-Verstärkungsfaktorwert. Die nachstehend angeführte Tabelle 1 zeigt simulierte Datenwerte, die für mehrere digitale N-Bit-Wörter, die von einer Steuerlogikschaltung 90 erzeugt werden können, generiert wurden. Es versteht sich, dass die in Tabelle 1 nachstehend bereitgestellten Daten die Art der Daten, die zur Vereinfachung der Messung der Amplitudenwerte von abgefragten Signalen verwendet werden können, nur veranschaulichen.
Tabelle 1
Der Bereich der Verstärkungssteuerspannungen, etwa die in Tabelle 1 dargestellten, decken typischerweise die erwarteten Spannungssignale, die in den VGA 76 eingegeben werden, ab. Die obige Tabelle 1 zeigt Steuerspannungen in einem Bereich von –400 mV bis +400 mV, was einem Betriebsverstärkungsfaktorbereich des VGA entspricht, der die Normalisierung des abgefragten Signals auf 800 mV_pp (von Spitze zu Spitze) zulässt. Die Tabelle 1 veranschaulicht weiters die Verwendung eines 8-Bit-Worts, das für eine Steuerspannungsauflösung in 3-mV-Zuwachsschritten sorgt (d. h. niedrigstwertiges Bit (LSB) = 3 mV).
Jedem 8-Bit-Wort ist ein relativer Amplitudenwert eines abgefragten Signals zugeordnet. Dieser Wert reflektiert eine durch das AE-Modul 72 oder einen anderen Vorverstärker verarbeitete Amplitude eines verstärkten abgefragten Signals. Die relativen Amplitudenwerte abgefragter Signale, die in Tabelle 1 dargestellt sind, können aus der Simulation einer bestimmten Lesekanalkonstruktion oder durch empirische Evaluierung einer bestimmten Lesekanalausführung erhalten werden.
Die oben anhand der 3 und 4 und Tabelle 1 beschriebene Schaltungsanordnung und Methode ermöglichen die Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals, das in einen VGA 76 eingegeben wurde, oder mit anderen Worten das vom AE-Modul 72 oder einen anderen Vorverstärker, der das abgefragte Signal vom Lese-/Schreibkopf 71 empfangen hat, ausgegeben wurde. Wie zuvor erörtert wurde, sind Messungen der relativen Amplitude eines abgefragten Signals bei der Identifizierung von Veränderungen eines zugeordneten Lese-/Schreibwandlers und/oder einer Lesekanalschaltungsordnung nützlich. Beispielsweise sind Amplitudenmessungen, die verringerte Amplitudenwerte, die einem GMR-Lesewandler zugeordneten sind, ergeben, typische Anzeichen für ein bevorstehendes Versagen des Wandlers. Solche Verluste oder Abweichungen bei der relativen Amplitude eines abgefragten Signals können als Teil einer auf Vorhersage basierenden Fehleranalysestrategie für Lesewandler verschiedenen Typs verwendet werden.
Obwohl die Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals für einige Anwendungen recht nützlich ist, kann es wünschenswert sein, den absoluten Verstärkungsfaktor eines VGA 76 oder einer Kombination aus VGA 76/CTF 78 genau zu quantifizieren. Ein großes Problem im Zusammenhang mit der Bestimmung des absoluten VGA-Verstärkungsfaktors berührt die Auswirkungen von Temperatur und Prozessverschiebungen, die die Korrelation zwischen der Steuerspannung und dem absoluten VGA-Verstärkungsfaktor verringern. Idealerweise ist der Verstärkungsfaktor des VGA 76 eine gerade Linie, wie die in die 5 dargestellte Linie 120, wenn dieser als Funktion der Steuerspannung graphisch an einer logarithmischen Skale aufgezeichnet wird (siehe 5). In der Realität aber schwankt der VGA-Verstärkungsfaktor als Funktion von Steuerspannung, Temperatur und Prozessverschiebungen, was bei der Aufzeichnung als Graph an einer logarithmischen Skale zu den gekrümmten Linien 122, 124 führt.
Die Temperatur beispielsweise variiert in jeder gegebenen Kanalkomponente je nach Datenart, Betriebsmodus und der Umgebung, in der das jeweilige System betrieben wird. Somit erzeugt bei einer gewissen Kanalkomponente die gleiche Steuerspannung einen anderen Verstärkungsfaktor, da die Temperatur schwankt. Prozessver schiebungen beeinflussen den Verstärkungsfaktor zwischen verschiedenen Lesekanalmodulen. Somit ergibt die gleiche Steuerspannung bei verschiedenen Lesekanalmodulen unterschiedliche Verstärkungsfaktoren. Der Grad der Krümmung der Verstärkungsfaktorkennlinie fügt der Korrelation zwischen dem VGA-Verstärkungsfaktor und der Steuerspannung noch eine weitere Variable hinzu. All diese Faktoren verringern die Korrelation zwischen Steuerspannung und absolutem Verstärkungsfaktor.
Um die Steuerspannung zur präzisen Vorhersage des absoluten VGA-Verstärkungsfaktors heranzuziehen muss diese Verstärkungsfaktorbeziehung oder Verstärkungsfaktorkennlinie charakterisiert werden. Zumindest muss die Verstärkungsfaktorkennlinie an zwei unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungseinstellungen, etwa einer Mindest- und einer Maximalverstärkungseinstellung, charakterisiert werden. Bevorzugter noch wird der VGA-Verstärkungsfaktor an mehreren unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungseinstellungen, beispielsweise acht unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungseinstellungen, charakterisiert werden. Die Charakterisierung des VGA-Verstärkungsfaktors an acht unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungseinstellungen ermöglicht die Erzeugung eines digitalen 8-Bit-Worts, das eine bestimmte Verstärkungseinstellung im VGA darstellt. Es versteht sich, dass der VGA-Verstärkungsfaktor an einer beliebigen Anzahl an unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungseinstellungen charakterisiert werden kann (d. h. N vorbestimmte Verstärkungseinstellungen), die zur Erzeugung eines angepasst großen digitalen Worts (d. h. eines digitalen N-Bit-Worts) führen.
Bezug nehmend auf den in 6 dargestellten Graph ist der Verstärkungsfaktor eines VGA an acht unterschiedlichen Verstärkungswerten charakterisiert. Die jeweiligen zu charakterisierenden Werte werden typischerweise vom Entwickler je nach Ausführung des Lesekanals ausgewählt. Nach der Bestimmung von acht vorbestimmten VGA-Verstärkungsfaktorwerten, die für eine bestimmte Lesekanalsausführung ermittelt wurden, kann ein Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsvorgang eingeleitet werden, um eine VGA-Steuerspannung für jeden der vorbestimmten VGA-Verstärkungsfaktorwerte zu bestimmen.
Wie zuvor erwähnt wurde, sorgt der VGA für die Normalisierung der Amplitude eines vom AE-Modul oder einem anderen Vorverstärker empfangenen abgefragten Signals. In einer Ausführungsform, in der das Ziel der normalisierten Amplitude 800 mV_dpp (von Spitze zu Spitze) am Ausgang der VGA-/CTF-Schaltungen ist, kann die absolute Amplitude des in den VGA eingegebenen abgefragten, ausgelesenen Signals berechnet werden, indem 800 mV durch den VGA-Verstärkungsfaktor wie folgt dividiert wird:
worin der Verstärkungsfaktor (dB) den absoluten Verstärkungsfaktor der VGA- oder VGA-/CTF-Schaltungsanordnung darstellt, der nach der Ausführung eines Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahrens gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung berechnet wird.
Mit Bezug auf 7 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung zur Messung der Amplitude eines abgefragten Signals dargestellt, sowohl für die VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierung als auch für die Messung der absoluten Amplitude eines vom AE-Modul oder einem anderen Vorverstärker empfangenen abgefragten Signals sorgt. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein AE-Modul 132, das vom Lesewandler 71 abgefragte Signale empfängt, mit einem Multiplexer 134 gekoppelt. Eine Referenzgleichspannungsquelle 136 ist ebenfalls mit dem Multiplexer 134 gekoppelt. Der Multiplexer 134 ist mit dem VGA 138 gekoppelt.
Ein Komparator 146 weist einen mit dem Ausgang des CFT 140 gekoppelten Eingang und einen weiteren mit einer anderen Referenzgleichspannungsquelle 144 gekoppelten Eingang auf. Der Komparator 146 ist mit einer Steuerlogikschaltung 152 gekoppelt. Der VGA 138 ist mit dem VGA-Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 142 gekoppelt. Der Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 142 umfasst einen Ansteuerungs-/Abfühlport 145, der mit einem Eingang des Komparators 148 gekoppelt ist. Es versteht sich, dass die in den Figuren als einzelne Elemente abgebildeten Komponenten auch in einer oder mehreren Mehrzweckkomponenten integriert sein können. Beispielsweise kann der in den 7 und 8 dargestellte N-Bit-Verstärkungsfaktor-DAC 150 im VGA-Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 142 integriert sein.
Ein N-Bit-Verstärkungsfaktor-DAC 150 kann durch Umschalten des Schalters 151 selektiv mit einem Eingang des Komparators 148 oder dem Ansteuerungs/Abfühlport 145 gekoppelt werden. In einer Konfiguration, in der der Schalter 151 den Ausgang des Verstärkungsfaktor-DAC 150 mit dem Ansteuerungs-/Abfühlport 145 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 142 koppelt, werden im Zuge eines Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahrens Steuerspannungen über den dem Ansteuerungs-/Abfühlport 145 in den VGA 138 zwangseingespeist.
Die Referenzgleichspannungsquelle 136 erzeugt mehrere unterschiedliche vorbestimmte Referenzgleichspannungen für die Eingabe in den VGA 138 über den Multiplexer 134. Die Anzahl der vorbestimmten Referenzgleichspannungseinstellungen entspricht vorzugsweise der Anzahl der VGA-Verstärkungsfaktorwerte, die es zu charakterisieren gilt. Beispielsweise ist Bezug nehmend auf Tabelle 2, unten, jeder vorbestimmte VGA-Verstärkungsfaktorwert G₀ bis G₇ einem entsprechenden VGA-Eingangsspannungswert zugeordnet.
Tabelle 2
Bezug nehmend auf die obige Tabelle 2 weist beispielsweise der vorbestimmte VGA-Verstärkungsfaktorwert G₀ = 8,48 dB eine zugeordnete tatsächliche VGA-Eingangsspannung von 300,0 mV_dpp auf. Dem vorbestimmten VGA-Verstärkungsfaktorwert G₇ = 26,558 dB ist beispielsweise eine tatsächliche VGA-Eingangsspannung von 37,5 mV_dpp zugeordnet. Bei einer Lesekanalausführung, bei der Amplituden abgefragter Signale im Bereich von 30 bis 300 mV_dpp am Ausgang des AE-Moduls erwartet werden, kann die Referenzgleichspannungsquelle 136 Referenzgleichspannungen im Bereich von etwa 15 mV bis 150 mV erzeugen.
Der Komparator 146 empfängt eine Referenzspannung von der Referenzgleichspannungsquelle 144 an einem ersten Eingang. Der Ausgang des CTF 140 ist mit einem anderen Eingang des Ausgangskomparators 146 gekoppelt. Für jede von der Referenzgleichspannungsquelle 136 erzeugte und über den Multiplexer 134 an den VGA 138 angelegte Referenzgleichspannung vollzieht das Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahren eine Änderung des VGA- oder des VGA-/CTF-Verstärkungsfaktors, bis die Amplitude des Spannungssignals am Ausgangs-CTF 140 gleich der in den Komparator 146 eingegebenen Referenzgleichspannung ist. Es ist anzumerken, dass die in 8 abgebildete alternative Ausführungsform eine Multiplexer-/Umschaltschaltung 154 verwendet, um Funktionalität und Steuerung zu verbessern. Die Verwendung der Multiplexer-/Umschaltschaltung 154 ermöglicht die Ausführung aller Vergleichsoperationen durch einen einzigen Komparator 156.
Zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich eines Verfahren der Verstärkungsfaktor-Charakterisierung gemäß den Prinzipien der Erfindung sind in den 9 bis 11 abgebildet. In 9 wird ein VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahren bei Empfang einer Anfrage, etwa von einer Plattenlaufwerk-Steuereinheit, eingeleitet 162. Anfänglich speichert 160 die in den 7 und 8 gezeigte Steuerlogikschaltung 152 oder eine andere Logik-/Speichervorrichtung Informationen ähnlich den in Tabelle 2 aufgeführten, einschließlich der vorbestimmten VGA-Verstärkungsfaktorwerte G₀ bis G_N-1. Einer der VGA-Verstärkungsfaktorwerte wird für die Charakterisierung ausgewählt 164. Eine dem ausgewählten VGA-Verstärkungsfaktorwert zugeordnete Steuergleichspannung wird in den VGA 138 eingegeben 166.
Ein digitales Wort (N-Bit) wird ausgewählt 168 und die dem ausgewählten digitalen Wort zugeordnete Steuerspannung wird vom N-Bit-Verstärkungsfaktor-DAC 150 an über den Ansteuerungs-/Abfühlport 145 und dem geschlossenen Schalter 151 zum Verstärkungsfaktor-Steuerpuffer 142 übertragen 170. Die Spannung V_Vpp am Ausgang des VGA/CTF 138/140 wird mit der zuvor festgelegten normalisierten Spannungsamplitude V_Npp, die von der Referenzgleichspannungsquelle 144, eingegeben in den Komparator 146/156, festgelegt wurde. Ist die Spannung V_Vpp nicht gleich 174 der Spannung V_Npp, so wird ein anderes digitales Worts ausgewählt 168 und die zugeordnete Steuerspannung an den Ansteuerungs-/Abfühlport 145 des Verstärkungsfaktor-Steuerpufters 142 angelegt. Der Komparator 146/156 vergleicht erneut die Spannungen V_Vpp und V_Npp.
Die Vorgänge der Auswahl 168 digitaler Wörter und des Vergleichs 172/174 werden so lange fortgeführt, bis die Spannung V_Vpp der der Spannung V_Npp entspricht; zu diesem Zeitpunkt wird die zuletzt verwendete DAC-Steuerspannung als dem ausgewählten VGA-Verstärkungsfaktorwert entsprechend gespeichert 176. Sollen weitere VGA-Verstärkungsfaktorwerte charakterisiert werden 178, so werden die in 9 dargestellten Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsschritte bis zu dem Zeitpunkt wiederholt, zu dem das Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahren beendet wird 180.
10 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform eines Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsvorgangs, die die Auswirkungen von Gleichspannungs-Offsetspannungen aufheben, die mit den VGA- 138 und CTF- 140 Komponenten in Zusammenhang stehen. Da gemäß der vorliegenden Erfindung Referenzgleichspannungen zur Charakterisierung des Verstärkungsfaktors der VGA-/CTF-Schleife verwendet werden, können Gleichspannungs-Offsetspannungen, die mit den VGA- und CTF-Schaltungselementen 138, 140 in Zusammenhang stehen, ein Problem darstellen. Weisen die VGA-/CTF-Komponenten 138, 140 eine Abweichung von beispielsweise +/–100 mV am CTF-Ausgang auf, so kann bei der Charakterisierung von VGA-Verstärkungsfaktoren in der Größenordnung einer 400-m_Vpp Gleichspannung am CTF-Ausgang ein großer Fehler auftreten. Dieser Gleichspannungs-Offset kann durch die Durchführung zweier VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsvorgänge unter Verwendung entgegengesetzter Polaritäten einer jeden an den VGA 138 angelegten Referenzgleichspannung wirksam aufhoben werden. Ein Mittelwert der beiden resultierenden DAC-Steuerspannungen kann dann als die einem bestimmten VGA-Verstärkungsfaktor zugeordnete Steuerspannungen verwendet werden.
Gemäß dieser Ausführungsform und unter der Annahme, dass das VGA- Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahren für mehrere vorbestimmte VGA-Verstärkungsfaktorwerte 200 eingeleitet wird 202, wird einer der VGA-Verstärkungsfaktorwerte 204 für die Charakterisierung ausgewählt. Die positive Polarität des Referenzspannungssignals, das dem ausgewählten VGA- Verstärkungsfaktorwert 206 zugeordnet ist, wird ausgewählt und an den Eingang des VGA 138 angelegt 208. Ein digitales Wort 210 wird zuerst durch die Steuerlogikschaltung 152 ausgewählt, und die dem ausgewählten digitalen Wort zugeordnete Steuerspannung wird vom N-Bit-Verstärkungsfaktor-DAC 150 an den Ansteuerungs-/Abfühlport 145 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 142 übertragen.
Der Komparator 146/156 vergleicht die Spitzenspannung V_Vp am Ausgang des CTF 140 mit einer zuvor festgelegten normalisierten Spitzenamplitude V_Np, die von der Referenzgleichspannungsquelle 144 festgelegt wurde. Sind die Spannungen V_Vp und V_Np nicht gleich 216, so wird ein neues digitales Wort ausgewählt 210 und die zugeordnete Steuerspannung an den VGA-Steuerpuffer 142 angelegt 212. Sind die Spannungen V_Vp und V_Np gleichwertig 216, so wird die zugeordnete DAC-Steuerspannung als Spannungswert V_pos gespeichert 220.
Die negative Polarität des ausgewählten 222 Referenzsignals, das dem ausgewählten VGA- Verstärkungsfaktorwert zugeordnet ist, wird an den Eingang des VGA 138 angelegt 208. Ein digitales Wort 210 wird durch die Steuerlogikschaltung 152 ausgewählt und die entsprechende Steuerspannung an den Ansteuerungs-/Abfühlport 145 des Verstärkungsfaktor-Steuerpuffers 142 angelegt 212. Der Komparator 146/156 vergleicht die Spitzenspannung V_Vp am Ausgang des CTF 140 mit einer zuvor festgelegten normalisierten Spitzenamplitude V_Np. Sind diese nicht gleichwertig 216, so werden die Schritte 210 bis 214 wiederholt. Sind sie gleichwertig 216, so wird die zugeordnete DAC-Steuerspannung als Spannungswert V_neg gespeichert 224.
Nach der Bestimmung der DAC-Steuerspannungswerte, die der positiven und der negativen Polarität des dem ausgewählten VGA-Verstärkungsfaktorwerts zugeordneten Referenzsignals zugeordnet sind, wird ein Steuerspannungsmittelwert berechnet (d. h. (V_pos + V_neg)/2) und als anwendbare, dem ausgewählten VGA-Verstärkungsfaktorwert zugeordnete Steuerspannung gespeichert 226. Die Tabelle 3, unten, veranschaulicht verschiedene Daten, die für die Umsetzung dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gespeichert werden können.
Tabelle 3
Die Schritte 204 bis 226 der Verstärkungsfaktor-Charakterisierung werden für jeden weiteren VGA-Verstärkungsfaktorwert von Interesse bis zur Beendigung des Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahrens 230 wiederholt. Nach der Charakterisierung des VGA-Schleifenverstärkungsfaktors an mindestens zwei zuvor festgelegten Verstärkungsfaktorkennlinienwerten, vorzugsweise an mehr als zwei Verstärkungsfaktorwerten, kann ein Verfahren zur Messung der absoluten Amplitude eingeleitet werden 242, wie in 11 dargestellt ist.
11 veranschaulicht verschiedene Verfahrensschritte, die zur Durchführung der Messung der absoluten Amplitude eines abgefragten Signals nach der Durchführung des VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierungsverfahrens 240 gehören. Die Messung der absoluten Amplitude eines abgefragten, ausgelesenen Signals wird typischerweise als Reaktion auf eine Amplitudenmessungsanfrage eingeleitet 242. Die Messung der relativen Amplitude eines abgefragten Signals wird gemäß der zuvor anhand 4 beschriebenen Herangehensweise durchgeführt 244, um den Wert der Abfühlspannung V_amp am Ansteuerungs-/Abfühlport 145 zu erhalten.
Bei der Messung der Amplitude 244 wird der in den 7 und 8 dargestellte Schalter 151 von einem geschlossenen Zustand, der bei der VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierung erforderlich ist, auf einen offenen Zustand umgeschaltet. Die Spannung am Daten- oder am Servoverstärkungsfaktor-Kondensator 141 oder 143 tritt, wie zuvor beschrieben, am Ansteuerungs-/Abfühlport 145 auf. Der Wert von V_amp wird gespeichert und mit den im Zuge der VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierung festgelegten Steuerspannungswerten verglichen 246. Die Steuerlogikschaltung 152 bestimmt 248 die Steuerspannungswerte, die am nächsten zur Spannung V_amp benachbart sind.
Beispielsweise kann, Bezug nehmend auf die Tabelle 3, oben, die Steuerlogikschaltung 152 bestimmen, dass die Spannung V_amp am nächsten zu den Steuerspannungswerten V_4avg und V_3avg benachbart ist. Der in dB gemessene VGA-Schleifenverstärkungsfaktor kann dann unter Verwendung des Werts von V_amp und der anwendbaren Steuerspannung wie folgt gemessen werden:
In der obigen Gleichung [2] wird angenommen, dass der Wert der Spannung V_amp zwischen den Steuerspannungswerten V_4avg und V_3avg liegt. Es ist anzumerken, dass die obige Gleichung [2] eine lineare (d. h. y = mx + b) Annäherungsgleichung ist, die an die VGA-Verstärkungsfaktorkennlinie angewendet wird, wenn diese graphisch als dB-Verstärkungsfaktor über Steuerspannung (d. h. 8-Bit-Wort = V_amp) dargestellt wird. Es versteht sich, dass die als Gleichung [2] bereitgestellte Verstärkungsfaktorgleichung eine von vielen möglichen Annäherungsweisen ist und dass andere Kurvenanpassungsverfahren, etwa die Verwendung eines polynominalen oder nichtlinearen Annäherungsgleichung, eingesetzt werden können.
Der Wert des Verstärkungsfaktors in dB, der unter Verwendung der obigen Gleichung [2] berechnet wird, kann dann zur Berechung 252 der absoluten Amplitude des abgefragten Signals wie folgt verwendet werden
worin 800 mV die zuvor festgelegte normalisierte Amplitude ist, die vom VGA 138 am Ausgang des VGA 138 oder des VGA/CTF beibehalten wurde, und der Wert V_Input die absolute Amplitude des abgefragten Signals, das vom AE-Modul 132 (d. h. dem Vorverstärker) an den VGA 138 übermittelt wurde, darstellt.
Es ist anzumerken, dass zur Verwendung der obigen Gleichungen [2] und [3] zur Bestimmung der absoluten Amplitude eines abgefragten Signals zumindest zwei VGA-Verstärkungsfaktorwerte charakterisiert werden müssen. Es versteht sich, dass die Charakterisierung von mehr als dem Minimum von zwei Punkten an der VGA-Verstärkungsfaktorkurve die Genauigkeit der Messung der absoluten Amplitude des abgefragten Signals erhöht. Sobald das Verfahren der VGA-Verstärkungsfaktor-Charakterisierung abgeschlossen ist, kann eine beliebige Anzahl an Amplitudenmessungen und Berechnungen durchgeführt werden.

Claims

Verfahren zur In-situ-Messung einer Amplitude eines abgefragten Signals aus einem Lesekanal, das aus einem Datenspeichermedium (24) erhalten und in einen verstärkungsfaktor-modifizierenden Verstärker eingegeben wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: das Abfühlen eines Spannungssignals (106), das einem Verstärkungsfaktor des Verstärkers zugeordnet ist; das Auswählen eines digitalen Wortwerts (108), der für ein Steuerspannungssignal repräsentativ ist; das Vergleichen des abgefühlten Spannungssignals mit dem Steuerspannungssignal (111); und das Wiederholen der Schritte des Auswählens (108) und des Vergleichens (111), bis das abgefühlte Spannungssignal im Wesentlichen gleich dem Steuerspannungssignal (108) ist; worin der dem Steuerspannungssignal, das im Wesentlichen gleich dem abgefühlten Spannungssignal (106) ist, zugeordnete digitale Wortwert (108) eine relative Amplitude des abgefragten Signals repräsentiert.
Schaltung zur Bestimmung der Verstärkungsfaktoreigenschaften einer Schaltung, die eine Amplitude eines aus einem Datenspeichermedium erhaltenen abgefragten Signals misst, gekennzeichnet durch: einen Verstärker (76) mit variablem Verstärkungsfaktor, wobei der Verstärker einen Eingang zum Empfang des abgefragten Signals, einen Ausgang und einen Steuereingang aufweist; einen Puffer (80), der eine Eingang/Ausgang-(I/O-) Schnittstelle und einen an den Steuereingang des Verstärkers gekoppelten Ausgang aufweist; einen Komparator (82), der einen mit dem Ausgang des Verstärkers gekoppelten ersten Eingang, einen mit einer ersten Referenzspannungsquelle, die eine Referenzspannung mit vorbestimmter Amplitude erzeugt, gekoppelten zweiten Eingang und einen Ausgang umfasst; einen Digital-Analog-Wandler (DAC) (88), wobei ein Ausgang und ein Eingang des DAC mit der I/O-Schnittstelle des Puffers gekoppelt ist; eine Steuerschaltung (90), die mit dem Eingang des DAC und dem Ausgang des Komparators gekoppelt ist, wobei die Steuerschaltung eine Vielzahl an digitalen Worten an den DAC übermittelt, um die Verstärkungsfaktoreigenschaften zu bestimmen, wobei jedes der Vielzahl an digitalen Worten einem vorbestimmten Verstärkungsfaktorwert und einer Steuerspannung zugeordnet ist; worin die Steuerschaltung (90) angeordnet ist, um die digitalen Worte an den DAC zu überfragen, bis das Steuerspannungssignal im Wesentlichen gleich dem abgefühlten Spannungssignal ist, worin das dem Steuerspannungssignal, das im Wesentlichen gleich dem abgefühlten Spannungssignal ist, zugeordnete digitale Wort eine relative Amplitude des abgefragten Signals repräsentiert.
Schaltung nach Anspruch 2, weiters umfassend: einen Multiplexer (134) mit einem Steuerspannungssignalausgang, der mit dem Verstärker gekoppelt ist, und einen Abfühlausgang, wobei ein Abfühlspannungssignal, das einem Verstärkungsfaktor des Verstärkers zugeordnet ist, am Abfühlausgang des Multiplexers auftritt; und einen Komparator (82) mit einem mit dem Abfühlausgang des Multiplexers (134) gekoppelten ersten Eingang, einem mit dem Ausgang des DAC (88) gekoppelten zweiten Eingang und einem Ausgang, wobei der Komparator (82) das am ersten Eingang auftretende Abfühlspannungssignal mit dem am zweiten Eingang auftretende Steuerspannungssignal vergleicht.
Schaltung nach Anspruch 2, worin: der Puffer (80) solcherart ist, dass ein Abfühlspannungssignal, das einem Verstärkungsfaktor des Verstärkers zugeordnet ist, an der I/O-Schnittstelle des Puffers entsteht; der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (DAC) (88) selektiv mit der I/O-Schnittstelle des Puffers und dem ersten Eingang des Komparators (82) gekoppelt ist; und die Steuerschaltung (90) selektiv angeordnet ist, um den DAC mit der I/O-Schnittstelle des Puffers zu koppeln, um die Verstärkungsfaktoreigenschaften des Verstärkers zu bestimmen, und den DAC mit dem zweiten Eingang des ersten Komparators (82) zu koppeln, um eine Amplitude des abgefragten Signals zu messen.
Datenspeichersystem, umfassend: eine Datenspeicherplatte (24); einen Datentransferkopf, der einen mit einem Lesekanal (57) gekoppelten Lesewandler (27) aufweist; einen Aktuator (30) zur Bereitstellung der relativen Bewegung zwischen dem Kopf und der Platte; und eine Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4.