生成、分析数据测试模式以及测试数据存储磁盘介质和/或读/写头的装置和方法

摘要

公开了生成、分析数据测试模式以及测试数据存储磁盘介质和/或读/写头的装置和方法。在优选实施方式中，公开了生成被写入到数据存储磁盘介质(4)用于测试的数据测试模式的方法。该方法包括：旋转磁盘(4)；检测磁盘(4)旋转速度的波动；根据所述波动生成基准时钟信号(53)使得与磁盘(4)的旋转同步；以及使用所述基准时钟信号(53)作为定时基准，生成数据测试模式。

权利要求

1.一种测试数据存储磁盘介质和读/写头至少其一的方法，其特征在于该方法包括：旋转所述磁盘；

检测所述磁盘旋转速度的波动；

生成与所述波动一致的基准时钟信号，以便与磁盘旋转同步；

使用所述基准时钟信号作为定时基准，生成具有测试频率的数据测试模式；

使用该读/写头将所述数据测试模式写入所述磁盘；

使用该读/写头从所述磁盘中读取所述数据测试模式以便提供测试数据信号；以及使用基准时钟信号作为定时基准对所述测试数据信号进行分析，以测量所述测试数据信号的窄带功率。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于其中检测波动的步骤包括：检测与磁盘同步旋转的多个标记；

生成与被检测的标记的移动相应的时钟信号，所述时钟信号用于产生基准时钟信号。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于该方法包括：将所述时钟信号作为锁相环的输入提供，该锁相环用来生成所述基准时钟信号。

4.根据权利要求1-3中任何一项的方法，其特征在于其中分析步骤包括对所述测试数据信号进行频谱分析。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于其中所述的频谱分析步骤包括：通过将该测试数据信号和使用所述基准时钟信号作为定时基准生成的正弦信号混合，将所述测试数据信号转换为中间频率。

6.根据权利要求4的方法，其特征在于其中所述的频谱分析的步骤包括：使用由所述基准时钟信号计时的模数转换器对所述测试数据信号进行采样并将其数字化。

7.一种用来测试数据存储磁盘介质和读/写头至少其一的装置，其特征在于该装置包括：主轴，用来旋转所述磁盘；

检测器，用来检测所述磁盘的旋转速度的波动；

处理器，用来根据所述波动生成基准时钟信号，以便与所述磁盘的旋转同步；

模式生成器，其利用所述基准时钟信号作为定时基准生成具有测试频率的数据测试模式；

控制器，其利用所述读/写头将数据测试模式写入所述磁盘，并且随后使用该读/写头从磁盘中读取测试数据以提供测试数据信号；以及频谱分析器，用来将所述基准时钟信号作为定时基准对所述测试数据信号进行分析，以测量所述测试数据信号的窄带功率。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于包括：多个标记，与所述磁盘同步旋转，所述读/写头用来读取所述标记；

解码器，用来生成与被读取的标记的移动相对应的时钟信号，该时钟信号用于生成所述基准时钟信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于包括锁相环，接收作为其输入的时钟信号，该锁相环用来生成所述基准时钟信号。

10.根据权利要求7-9中任何一项所述的装置，其特征在于包括：振荡器，用来生成振荡时钟信号；

马达，用来旋转磁盘，并与该振荡时钟信号锁定；

所述处理器使用根据磁盘的旋转速度的波动而被调制的振荡时钟信号生成基准时钟信号，所述马达和处理器使用同一振荡时钟信号。

11.根据权利要求7-9中任何一项所述的装置，其特征在于其中所述分析器包括混合器，用来通过将所述测试数据信号和使用所述基准时钟信号作为定时基准而生成的正弦信号混合，将所述测试数据信号转换为中间频率。

12.根据权利要求7-9中任何一项所述的装置，其特征在于其中分析器包括模数转换器，其被基准时钟信号计时，并用来对所述测试数据信号进行采样并将其数字化。

说明书

生成、分析数据测试模式以及测试数据存储磁盘介质和/

或读/写头的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及生成、分析数据测试模式以及测试数据存储磁盘介质和/或读/写头的装置和方法。

背景技术

[0002] 在实施方式中，本发明总体上涉及磁头介质(head media)测试装置，例如本领域中熟知的“自旋支架(spinstand)”或者“动态电子测试机”。在本领域中，“自旋支架”首先在研发中发展为应用工具，使得磁盘驱动器的各种部件(例如磁头、磁盘和磁道)的性能得以评估和优化。如今，在磁盘驱动器制造领域应用自旋支架，在生产出的每个读/写头或磁盘被装配在磁盘驱动器单元前对其进行测试，这是常见的。

[0003] 典型的自旋支架包括由马达驱动的主轴，待测试的磁盘可挂载于其上并旋转，以及用于将待测试的读/写头的磁头保持和定位装载机构。自旋支架还包括自旋支架控制器，在其控制下磁盘旋转时磁头在磁盘表面上“飞掠”，这样使用磁头可将测试数据写入磁盘或者从磁盘中读出。当使用自旋支架进行测试时，磁头首先被放置在磁盘的一个磁轨上，并且测试数据被写入该磁轨。接着，测试数据被磁头读回、测量和分析，之后将结果显示给用户。控制数据写入和/或读回的各种参数可于自旋支架控制和改变，从而允许在各种条件下对磁头或磁盘的性能以及特性进行研究。通常会提供计算机或类似处理装置执行在自旋支架上进行的各种测试，并分析和显示在自旋支架上进行的各种测量的结果。另外，可使用专用的参数测量电子装置、频谱分析仪或者示波镜对利用自旋支架进行的测量结果进行分析和显示。这样可以执行一系列的测试，包括例如所谓的误码率(BER)浴盆曲线(bathtubs)，磁轨挤压(track squeeze)，磁轨中心，读/写偏移(read/writeoffset)，盖写(overwrite)等等。

[0004] 测试中的错误可能来自磁盘旋转速度的波动。通常使用高精度马达驱动主轴旋转并进而使附于该主轴上的磁盘旋转。不过，马达速度只能在一定的容许量内控制，这导致了磁盘旋转速度产生不期望的波动。这样的波动使得测试数据模式在写入磁盘以及从磁盘读回时均会产生失真。对于精度要求很高的测试来说，这种失真会导致测试过程产生严重问题。

发明内容

[0005] 根据本发明的第一方面，提供了一种生成数据测试模式的方法，该数据将被写入到数据存储磁盘介质用来进行测试，该方法包括：旋转磁盘；检测磁盘旋转速度的波动；生成与所述波动一致的基准时钟信号以便与磁盘旋转同步；以及，将所述基准时钟信号作为定时基准使用，生成数据测试模式。

[0006] 通过生成与磁盘旋转同步的时钟信号并利用其生成数据测试模式，就可以生成考虑到或允许磁盘旋转波动的测试模式，这样在测试模式被写入到磁盘中时，其相对于磁盘表面在空间上是正确的。这意味着数据可被读回并且获得的信号将成为原始数据测试模式更为真实的再现。

[0007] 例如，对于将测试频率写入磁盘上某一磁轨中的情况，在现有技术中，实际出现在磁盘上的测试频率将沿磁轨偏离一定程度，这意味着被恢复的频率也会被扩展，从而导致信号测量精度降低。相比而言，本发明使频率能够得到调制，以适应磁盘的旋转误差，从而使得在磁盘上写入的频率模式在空间上更加准确，进而从磁盘中读回的信号的扩展变小。这意味着检测读回信号中的频率变得更为简单，因为频率能量将更为尖锐地集中在正确的频率并更少地扩散。

[0008] 在一个优选实施方式中，检测波动的步骤包括：检测与磁盘同步旋转的多个标记；以及生成与被检测的标记的移动对应的时钟信号，所述时钟信号用于产生基准时钟信号。
这样的配置提供了测量磁盘旋转的波动的优选方法，从而可产生基准时钟信号。这些标记可以是使用激光干涉测量方法读取的光学标记。光学标记可以附着在磁盘自身上或者附着在主轴或者与磁盘一起旋转的任何其它部分上。或者，这些标记可以是位于磁盘上可以磁性检测的磁性标记。通常优选设置多个标记，以便能够以较高分辨率确定磁盘旋转过程中的波动。

[0009] 在一个优选实施方式中，该方法包括将时钟信号作为锁相环的输入，该锁相环用来生成所述基准时钟信号。这提供了生成基准时钟信号的简单途径。根据众所周知的锁相环的操作原理，使用锁相环能够产生经调整后适合于应用的参考信号。

[0010] 在一个实施方式中，该方法包括由振荡器产生振荡时钟信号；使用与振荡时钟信号锁定的马达旋转磁盘；以及使用振荡时钟信号生成基准时钟信号，在基准时钟信号的生成过程中，根据磁盘旋转速度的波动对振荡时钟信号进行调制。实际上，在本实施方式中，使用振荡器生成基准时钟并且对马达计时。如果分别使用单独的时钟，那么热漂移会导致时钟间的漂移，这将会给写入到磁盘的模式带来相位误差。共用一台时钟的优点在于能够基本上消除该误差。

[0011] 该方法可包括：旋转磁盘；检测磁盘旋转速度的波动；生成与所述波动一致的基准时钟信号以便与磁盘旋转同步；从磁盘读取数据测试模式以提供测试数据信号；以及使用基准时钟信号作为计时参考，分析所述测试数据信号。这种配置提供了优选的锁相环架构。1/N计数器意味着基准时钟信号可处于与时钟信号的不同频率上。

[0012] 根据本发明的第二方面，提供了一种对从数据存储磁盘介质中读取的数据测试模式进行分析的方法，该方法包括：旋转磁盘；检测磁盘旋转速度的波动；生成与所述波动一致的基准时钟信号以便与磁盘的旋转同步；从磁盘读取数据测试模式以提供测试数据信号；以及使用基准时钟信号作为定时基准对所述测试数据信号分析。

[0013] 通过生成与磁盘旋转同步的基准时钟信号并利用其分析测试数据信号，就可以在读回数据时将磁盘旋转的波动考虑在内。这使得分析数据更加简便并且提高了结果的精确度。

[0014] 例如，当测试频率被写入磁盘上某磁轨时，在现有技术中，由磁盘读取的被恢复的测试信号会由于磁盘旋转波动而产生失真，这意味着被恢复的频率将发生频率扩展(frequency spread)，从而导致信号测量困难。相比而言，本发明的这一方面能够使被恢复的数据测试信号由磁盘旋转错误解调，摒弃磁盘旋转速度的波动，这样从磁盘读回的信号的分析受频率扩散的影响就会减小。这意味着，由读回信号中检测出频率会更加简单，因为频率能量更加加剧地集中在正确的频率并且频率扩散也会减小。

[0015] 分析步骤包括对测试数据信号进行频谱分析。下面将要讨论的是，本发明的配置方案在用于窄频带测量测试时所特有的优点。

[0016] 频谱分析步骤包括通过将上述测试数据信号与利用上述作为定时基准的基准时钟生成的正弦信号混合，将所述测试数据信号转换为中间频率。这种配置方案支持对数据信号进行更为精确的、作为频谱分析测试组成部分的超外差操作，并且使频谱分析仪对于磁盘速度规格化。

[0017] 频谱分析步骤可包括：利用基准时钟计时的模数转换器对测试数据信号进行采样并将其数字化。这样这使频谱分析仪能够相对于磁盘速度规格化。这样的配置方案也可以应用于数字化执行部分或全部频谱分析的的频谱分析仪中。

[0018] 根据本发明的第三个方面，提供了对至少一个数据存储磁盘介质和读/写头进行测试的方法，该方法包括：旋转磁盘；检测磁盘的旋转速度波动；根据所述波动生成基准时钟信号以便与磁盘旋转同步；使用所述基准时钟信号作为定时基准生成数据测试模式；用磁头将数据测试模式写入磁盘；通过磁头从磁盘中读取数据测试模式以提供测试数据信号；以及使用基准时钟信号作为定时基准分析所述测试数据信号。

[0019] 利用以上说明的两种方法可提供更加精确的测试方法。在生成要写入磁盘的数据模式对磁盘旋转波动进行补偿以及对从磁盘读回的数据信号进行分析对磁盘旋转波动进行补偿时，基准时钟信号均被使用。

[0020] 在一个实施方式中，该方法包括：1)利用被锁定到振荡器时钟信号的马达旋转磁盘；2)由振荡器时钟信号提供基准时钟信号，在基准时钟信号的生成过程中，根据磁盘旋转速度的波动对振荡器时钟信号进行调制；其中，步骤1)和2)中使用相同的振荡器时钟信号。在该配置方案中，使用单个振荡器时钟作为整个测试装置的基准而不是在各装置中分别设置单独的振荡器时钟。这样就避免了通常随时间推移会在两个单独的时钟之间产生的热漂移效应，从而避免将数据写入磁盘时以及从磁盘读回并分析数据时错误源进入系统。

[0021] 根据本发明的第四个方面，提供了一种装置，用来生成将被写入数据存储磁盘介质以便进行测试的数据测试模式，该装置包括：主轴，用来旋转所述磁盘；检测器，用来检测磁盘旋转速度的波动；处理器，用来根据所述波动生成基准时钟信号以便与磁盘旋转同步；以及，模式生成器，用来利用上述作为定时基准的基准时钟信号生成数据测试模式。

[0022] 根据本发明的第五个方面，提供了一种装置，用来对由数据存储磁盘介质读取的数据测试模式进行分析，该装置包括：主轴，用来旋转所述磁盘；检测器，用来检测磁盘旋转速度的波动；处理器，用来根据所述波动生成基准时钟信号以便与磁盘旋转同步；控制器，用来从磁盘读取数据测试模式以提供测试数据信号；以及，分析器，用来利用作为定时基准的基准时钟信号分析测试数据信号。

[0023] 根据本发明的第六个方面，提供了一种装置，用来对至少一个数据存储磁盘介质以及读/写头进行测试，该装置包括：主轴，用来旋转所述磁盘；检测器，用来检测磁盘旋转速度的波动；处理器，用来根据所述波动生成基准时钟信号以便与磁盘旋转同步；模式生成器，用来利用所述作为定时基准的基准时钟信号生成数据测试信号；控制器，用来利用所述磁头将数据测试模式写入磁盘，并且随后通过磁头从磁盘中读取测试数据以提供测试数据信号；以及，分析器，用来利用作为定时基准的基准时钟信号分析测试数据信号。

[0024] 现在，将参照例示的附图说明本发明的实施方式。

附图说明

[0025] 图1示出了根据本发明的实施方式的自旋支架的一个例子。

[0026] 图2示出了结合图1中的自旋支架使用的频谱分析仪的例子。

具体实施方式

[0027] 参看图1，自旋支架1包括由安装有磁盘4的马达3驱动的空气主轴2。自旋支架1还包括一加载机械装置(未示出)，用来保持磁头万向架组件5和将磁头万向架组件5的读/写磁头6在磁盘4的表面上定位，这样可在磁盘4表面上的磁轨上写入或读出数据。上述的自旋支架为现有的类型。

[0028] 自旋支架1具有与其主轴2相关联的激光编码系统7，使主轴2的位置得以精确的确定。激光编码系统7的原理为本技术领域所熟知，因此这里不再详细说明。特别地，已经开发出与伺服磁轨写入装置配合使用的适宜的激光编码系统7，这些伺服磁轨写入装置使得被连续写入的伺服磁轨彼此之间以必要的高精度保持正确的相位。简而言之，在主轴上与具有磁盘4的一端相对的另一端上设置有编码器标尺7a。标尺7a包括衍射光栅，即，一系列设置于与主轴2的轴线同轴的环内的、由黑到白的转换。优选的，沿该环设置数千个上述转换，或是数百万个。优选的，转换沿环以等角间距出现。

[0029] 光栅干涉计7b安装在自旋支架1上，用来读取主轴2上的标尺7a。干涉计7b具有指向标尺7a的激光器(未特别示出)，在标尺7a中的转换移过激光器时，使干涉计7b中的检测器(未特别示出)能够在标尺7a通过激光器时检测到标尺7a的转换。通过这种方式，激光编码系统7生成用来测量被检测的标尺7a的原始编码信号51。

[0030] 原始编码信号51被传递到光学定时时钟电子装置8，其用来处理原始编码信号51，生成以时钟信号52形式存在的被处理编码信号，时钟信号52的边缘与标尺7a被检测到的转换对应。

[0031] 需要说明的是，使用其它设置来测量磁盘旋转的波动，也是可能的。例如，标尺7可以附于磁盘4或者任何其它随磁盘4旋转的部分之上，而不是附于主轴2这上。光学标记的使用并不是必需的。也可以使用磁性标记。磁性标记可形成于磁盘4的表面上。

[0032] 时钟信号52被反馈至锁相环(PLL)10，锁相环(PLL)10生成基准时钟信号53作为其输出。相关领域的技术人员可以理解，存在多种实现锁相环的方法。接下来只详细说明一种方法。

[0033] 锁相环10通常从时钟信号52中提取相位信息并且利用该相位信息从晶振11中调制振荡器时钟信号54以生成基准时钟信号53。将基准时钟信号53以负反馈环回馈来实现。在本例中，基准时钟信号53首先被1/N计数器12划分以提供划分的参考信号55。这样的划分将频率降低至靠近时钟信号52的位置。时钟信号52和划分的参考信号55被反馈至相位检测器13，其确定二者间的相位差。在检测器输出端56，相位差被表示为直流等级。可选地，通过滤波器14对其滤波可以提高锁相环10的性能，这为本领域所周知。滤波信号57被提供至矢量调制器15作为控制信号。矢量调制器15将滤波信号57作为第一个输入。晶振11生成同样被反馈到矢量调制器15的振荡器时钟信号54。矢量调制器15用来调制输入的振荡器信号54的相位，这样划分的基准时钟信号55和从马达3获取的时钟信号52之间的相位差被减小到或接近0。

[0034] 这样，考虑到磁盘4旋转的波动，基准时钟信号53被调制生成，以便与磁盘4的旋转同步。

[0035] 现在，自旋支架进行的大量标准测试需要使用窄带功率测量。测试之一即所谓的“盖写”测试。该测试包括通过读/写磁头6将具有第一频率的测试数据模式写入到磁盘4上的磁轨中，随后用具有不同频率的第二测试数据模式盖写该第一模式。接着，磁轨被磁头6读回，分析获取的信号，以测量盖写模式中第一频率的残余信号能量。利用集中在第一频率上的窄带测量系统来完成该操作。窄带测量系统在具有良好分辨率的宽频率范围内可操作，以在测试中可足够灵活地使用不同的数据模式频率操作，这通常是令人满意的。实践中，经常使用调谐频谱分析仪或者类似的装置进行信号分析。

[0036] 由于第一频率模式的残余信号能量一般相对较低，需要在检测和测量信号中使用具有高动态范围的测量系统。这意味着，为了这个目的，频谱分析仪需要具有低分辨率带宽(RBW)。举例来说，下一代自旋支架规定RBW降至10kHz。不过，由于在写测试数据以及读回测试数据时马达的速度的波动，磁头读取的最终数据信号的频率内容发生失真和扩散。例如，典型的马达速度误差为±0.001％，最坏的情况为测试信号的频率误差为±0.002％(也就是说，写入模式时误差为±0.001％，并且读回模式时误差为±0.001％)。当这个误差应用到典型频率为500MHz的写入频率信号时，最坏情况下，读回频率偏离将大于±10kHz。因此，实现足够窄的能够拾取低电平信号并且能够处理可能的频率扩散的RBW愈发难以解决。并且，该问题正在变得更严重，因为本领域的趋势为：现代磁头6的信噪比不断变低，这意味着需要进一步降低频谱分析仪中窄带滤波器的带宽。而且，下一代自旋支架装置预期可以处理高达2.5GHz的写频率。所以标准技术逐渐变得不足。

[0037] 在其它类型的自旋支架测试中，由主轴的速度导致的类似的或者相同的问题在增加。

[0038] 在一个实施方式中，基准时钟信号53被反馈到模式生成器16并且被用作定时基准以生成数据测试模式58。接着数据测试模式58被磁头6写入到磁盘4。由于磁盘4的旋转的波动写入到磁盘4的数据测试模式的空间扩散从而降低。因此，在例如进行上述覆盖测试时，生成数据测试模式58的技术可应用在写测试数据的第一频率模式和/或测试数据的第二频率模式到磁盘4，用来缓解写入频率失真和扩散的问题。

[0039] 磁盘4旋转的波动同样会影响利用磁头6读回的测试数据信号59(也被称为磁头信号59)的保真度。为了减少其影响，在一个实施方式中，利用基准时钟信号53作为定时基准对测试数据信号59进行分析，这样测试数据信号59用基准时钟信号53被解调。因此，当再次执行盖写测试时，使用这种分析测试数据信号59的技术在测试数据信号59上进行频谱分析以检测被盖写的测试数据的第一频率模式的残余信号能量，从而进一步减轻当其从磁盘4读回时的写入频率的失真和扩散问题。

[0040] 图2展示了用来在测试数据信号59上执行光谱分析的装置20的例子。频谱分析仪20包含根据“超外差”原理工作的输入级。这里磁头6测量的测试数据信与选定的频率正弦波60混合，用以将所关心的频率频移到中间频率(IF)。在本例中，可调合成器21用来生成所需频率60。测量数据信号59和生成的频率60被送到混合器22，信号在这里被混合，以便将感兴趣的频率偏移到中间频率。或者，可调合成器可链接至扫频仪用以在感兴趣的频率范围内进行频谱分析。

[0041] 偏移的测试数据信号61被中频滤波器23滤波用以去除不需要的外差频率。之后，滤波信号62被模数转换器(ADC)采样和数字化。ADC 24的时钟24从基准时钟信号53中获取。基准时钟信号53被反馈到ADC时钟合成器25，其基于作为定时基准的基准时钟信号53生成用于ADC 24的时钟信号。因此，基准时钟信号53对ADC 24计时，这样ADC 24生成的采样信号64去除了由于磁盘4旋转的波动引起的频率扩散。

[0042] 采样信号64随后被传递到数字信号处理(DSP)系统30。先入先出缓存器31(FIFO)用作DSP系统30的输入级，并且接收采样信号64。优选的，FIFO 31具有用于交叉异步时钟域的保护，这样执行处理的DSP系统30以比ADC 24的采样频率更高的频率计时，从而改善了分析器20的延迟时间。DSP系统30还包括数字下变频器32，其从FIFO32接收采样信号64并且随后将采样信号64下变频到基带信号65。基带信号65通过作为RBW滤波器运行的低通滤波器33。自后，滤波信号66被传递到功率检测器34，其测量信号66中的功率，这样其能够被记录或者显示给用户。

[0043] 由于ADC采样时钟63从使用磁盘4的旋转速度条值得基准时钟信号53中获取，ADC 24生成的采样信号64消除了磁盘4旋转的波动引起的频率扩散。这表示频谱分析仪20对于磁盘速度变得规格化。

[0044] 但是，还存在将频谱分析仪20相对磁盘速度规格化的其他方式。例如，超外差频率60可从基准时钟信号53中获取，而不是从基准时钟信号53中获取ADC采样时钟63。这样同样具有ADC 24生成的采样信号64消除磁盘4旋转的波动引起的频率扩散并且使频谱分析仪20对于磁盘速度规格化的效果。

[0045] 另外，参看图1，用于控制磁盘4旋转的马达控制器40，由对PLL10计时的同一振荡器11进行计时或者锁定。通过这种方式，单个振荡器时钟54作为整个测试装置1、20的基准而不是在装置中分别具有单独的振荡器时钟。这避免了两个单独的时钟之间的热漂移，因而在向磁盘数据4写入数据以及从磁盘4读回并且分析数据时都避免了错误源进入系统。

[0046] 这些仅仅为如何将基准时钟信号53作为定时基准用以分析测试数据信号59的一些例子。根据应用，可能具有其他形式。

[0047] 本发明的实施方式通过特别引用图示的例子进行说明。不过可以理解，在本发明的范围内，可对说明的例子进行变更和修改。