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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung
und insbesondere auf ein Verfahren zum Optimieren der Leistung eines
Lesekanals in einer Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung durch
Verwendung einer Fehlerrate.
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Datenfehler
in einer Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung, wie etwa in einem
Festplattenlaufwerk, werden grob in "harte" Fehler, die von einem Plattendefekt
herrühren, und "weiche" Fehler, die durch
eine Bitverschiebung verursacht werden, unterteilt. Im allgemeinen
werden harte Fehler verhindert, indem man in einem Initialisierungsschritt eine
Fehlerposition als einen schlechten Sektor kennzeichnet. Da jedoch
den weichen Fehlern keine Fehlerposition zugeteilt werden kann,
werden weiche Fehler als wichtiges, noch zu lösendes Problem betrachtet,
um die Betriebszuverlässigkeit
der Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung sicherzustellen.
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Ein
weiteres fundamentales Problem der Festplatte ist ihre Empfindlichkeit
gegenüber
physischen Stößen. Kopf-Kardanaufhängungen,
die einen Kopf halten, sollten so flexibel sein, daß der Kopf
von der Oberfläche
einer Platte durch einen winzigen Spalt getrennt wird, der beibehalten
wird, während sich
die Platte dreht. Da die Kopf-Kardanaufhängungen flexibel sind, können Stöße auf die
Festplatte Fehler bewirken, wenn Daten von der Platte gelesen werden.
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Eine
Erfindung, die solche Fehler reduzieren soll, ist in dem US-Patent
mit der Nr. 5 327 302 und dem Titel "Date Filter Tuning For Constant Density Recording
Applications", beschrieben,
wonach ein einstellbares Datenfilter so verändert wird, daß die Filterabschneidefrequenz
im wesentlichen proportional einem vorgegebenen Faktor einer eingehenden Datenfrequenz
ist, wodurch das Öffnen
eines gewünschten
Fensters in den gelesenen Daten bewirkt wird.
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Aus
der
DE 37 29 882 C2 ist
ein Verfahren zum Messen der Qualität eines von einem Magnetband
wiedergegebenen digitalen Signals bekannt. Dazu werden die Ausgangssignale
einer Fehlerkorrekturschaltung geeignet aufbereitet und als Steuersignale
zum Optimieren der Kennlinie eines Entzerrers verwendet.
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Aus
der
DE 31 26 232 A1 ist
eine Aufzeichnungsvorrichtung für
ein plattenförmiges
Medium bekannt. Das von der Platte abgenommene Signal wird einer
Frequenzcharakteristik-Regelschaltung zugeführt, die in Abhängigkeit
von dem Ausgangssignal einer CRC-Prüfschaltung
geregelt wird. Mit der Regelung der Frequenzcharakteristik soll
erreicht werden, dass die Anzahl der Fehlersignale am Ausgang der
CRC-Prüfschaltung
minimiert wird.
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US 5,274,512 A offenbart
einen automatischen Entzerrer zur Verwendung in einer Aufnahme- und/oder
Reproduktionsvorrichtung. Der Entzerrer ist aus einem Digitalfilter
vom Finit-Impuls-Typ aufgebaut, dessen Charakteristika durch drei
Parameter gesteuert werden. Zwei der Parameter sind variabel. Die
Parameter durchlaufen in einem wiederholten Zyklus einen Wertebereich
in einer Art und Weise, die als orthogonale Oszillation bekannt
ist. Für
die jeweiligen Werte werden Fehlerraten. Die Parameter werden dann
aktualisiert, indem Korrekturwerte addiert werden, die das Verhältnis der Änderung
der Fehlerrate angeben. Eine Anfangsparametereinstellung wird in
einer sequentiellen Art und Weise durchgeführt, indem Signalfehlerraten
bei einer erforderlichen minimalen Anzahl von Messpunkten sequentiell detektiert
werden. Wenn ein Messpunkt gefunden wurde, bei dem die Signalfehlerrate
kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, werden Anfangsparameter mit
den Werten der charakteristischen Parameter für den Messpunkt auf die Anfangswerte
eingestellt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen,
das auf einfache Weise den Lesekanal einer Aufzeichnungsvorrichtung
für ein
magnetisches Mediums optimiert.
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Diese
Aufgabe wird von dem im Patentanspruch 1 definierten Verfahren gelöst.
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird erhalten durch Bezugnahme auf die
nachfolgende, detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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1 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zum Optimieren der
Leistung eines Lesekanals einer Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung
bei Verwendung einer Fehlerrate zeigt.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Lesekanals von Lese/Schreibbereichen
einer Festplatte zeigt.
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3 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Ausgangszustände jeder Komponente in 2 zeigt.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Lesekanals von Lese/Schreibbereichen
einer Festplatte zeigt. In 2 gibt ein
Kopf 20 ein von einer Platte 10 induziertes Analogsignal
aus. Das Analogsignal wird von einem Vorverstärker 30 empfangen,
verstärkt
und mit einem vorgegebenen Verstärkungswert
ausgegeben. Ein Verstärker
mit variabler Verstärkung 40 (hiernach
als VGA bezeichnet) regelt die Verstärkung entsprechend der Änderung des
Eingangssignalpegels, wie er vom Vorverstärker 30 erhalten wird,
wodurch ein konstanter Ausgangspegel gehalten wird. Ein programmierbares
Tiefpaßfilter 50 (hiernach
als programmierbares LPF und Entzerrer bezeichnet) beseitigt Rauschen
aus dem von dem VGA 40 ausgegebenen Signal, kompensiert das
Ausgangssignal und schmälert
die Impulsbreite entsprechend einer Eingabe, die für eine vorgegebene
Bandbreite und einen vorgegebenen Verstärkungspegel repräsentativ
ist. Ein Nulldurchgangs-Komparator 60 differenziert ein
von dem programmierbaren LPF und Entzerrer 50 erhaltenes
Eingangssignal und gibt ein differenziertes Signal aus. Ein Hysterese-Komparator 70 stellt
einen Signalschwellwert ein und vergleicht den Signalschwellwert mit
dem Pegel des von dem LPF und Entzerrer 50 erhaltenen Ausgangssignals
und gibt dann ein Vergleichsergebnis aus. Ein Flip-Flop 80 erhält die Ausgänge von
dem Nulldurchgangs-Komparator 60 und dem Hysterese-Komparator 70 und
erzeugt Ein-Schuß-Daten
one shot daten -Einzelschriftdaten. Ein Takt-Synthesizer 90 erzeugt
einen Referenztakt, indem er einen vorgegebenen, externen Impuls
empfängt.
Ein Datensynchronisierer 100 erhält die von dem Flip-Flop 80 ausgegebenen
Ein-Schuß-Daten und überträgt die Daten
und ein Taktfenstersignal synchron mit dem Referenztaktimpuls von
dem Takt-Synthesizer 90. Ein Dekoder 110 dekodiert
die Daten und das Taktfenstersignal, die von dem Datensynchronisierer 100 erhalten
werden, und gibt die dekodierten Daten als NRZ- (no-return-to-zero,
nicht nach Null zurückkehrende)
Daten aus. Ein serieller Anschluß 120 erhält von einem
Mikroprozessor 130 ein für die vorgegebene Bandbreite
repräsentatives Signal
und einen Verstärkungspegel
und überträgt das Signal
an das programmierbare LPF und den Entzerrer 50. Der Mikroprozessor 130 steuert
den Gesamtbetrieb der Festplatte und gibt einen anfänglichen
Bandbreitenwert und Verstärkungspegeldaten aus.
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3 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Ausgangszustände jeder Komponente in 2 zeigt. Eine
Erklärung
des Arbeitsablaufs des Lesekanals in der Festplatte wird hiernach
unter Bezugnahme auf die 2 und 3 gegeben.
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Ein
von einer Oberfläche
der Platte 10 durch den Kopf 20 induziertes elektrisches
Signal hat typischerweise eine geringe Spannung von ungefähr 250 μV. Differenzen
in der Signalspannung können
in Abhängigkeit
von der Flughöhe
des Kopfes 20 über der
Platte 10 und von der Qualität der Platte 10 und des
Kopfes 20 erzeugt werden. Der Vorverstärker 30 erhält das Signal
von dem Kopf 20, verstärkt
das Signal und gibt das Signal mit einem Verstärkungsfaktor von ungefähr 300 aus,
wie in der Wellenform "A" der 3 gezeigt.
In diesem Fall stellt, da auch das Rauschen verstärkt wird,
der Ausgangszustand des Vorverstärkers 30 eine
unstabile Ausgangswellenform dar, wie etwa im Bereich "a" der 3 gezeigt.
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Der
VGA 40 erhält
das Ausgangssignal von dem Vorverstärker 30 und verändert den
Verstärkungsfaktor
in Abhängigkeit
von Schwankungen des Eingangssignalpegels, wie im Bereich "b" der 3 gezeigt,
um ein Signal mit konstanten Pegel auszugeben.
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Als
nächstes
erzeugt das programmierbare LPF und der Entzerrer 50 anfänglich die
Bandbreite und den Verstärkungspegel
entsprechend den über den
seriellen Anschluß 120 von
dem Mikroprozessor 130 erhaltenen Daten. Das programmierbare
LPF und der Entzerrer 50 filtert, kompensiert und schmälert die
Impulsbreite des von dem VGA 40 ausgegebenen Signals, wodurch
ein stabilisiertes Analogsignal erzeugt wird, das als Wellenform "B" in 3 gezeigt
ist.
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Der
Nulldurchgangs-Kamparator 60 differenziert das von dem
programmierbaren LPF und Entzerrer 50 ausgegebene Signal,
um ein differenziertes Ausgangssignal zu erzeugen, wie in der Wellenform "C" der 3 gezeigt.
Der Hysterese-Komparator 70 vergleicht unter Verwendung
eines vorgegebenen Schwellsignalwerts den Schwellsignalwert mit
dem Wert des von dem programmierbaren LPF und Entzerrer 50 ausgegebenen
Signals, um ein Vergleichsergebnissignal zu erzeugen, in dem die
Spitze des von dem programmierbaren LPF und Entzerrer 50 ausgegebenen
Signals detektiert wird.
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Der
Flip-Flop 80, der das von dem Nulldurchgangs-Komparator 60 differenzierte
Signal und das von dem Hysterese-Komparator 70 ausgegebene Vergleichsergebnissignal
erhält,
erzeugt digitale Signale in einem Impulsmuster, wie in der Wellenform "D" der 3 gezeigt.
Der Datensynchronisierer 100 erhält die digitalen Signale und überträgt das Taktfenstersignal
und die digitalen Signale synchron mit dem Referenztaktimpuls von
dem Taktsyntheziser 90. Der Dekodieren 110 erhält das Taktfenstersignal und
die digitalen Signale von dem Datensynchronisierer 100,
dekodiert die Signale und erzeugt dann die dekodierten Signale als
NRZ-Daten.
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Bei
Durchführen
eines Datenlesevorgangs mit dem Festplattenlaufwerk sind jedoch
die Signalqualitäten
aufgrund der magnetischen, elektrischen und mechanischen Eigenschaften
der Platte 10 und des Kopfes 20 jedes Mal verschieden.
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Als
Ergebnis können
weiche Fehler wie etwa ein zusätzlicher
Impuls oder ein fehlender Impuls auftreten. Ein durch einen zusätzlichen
Impuls erzeugter weicher Fehler wird dem allgemeinen Rauschen zugeschrieben,
während
ein durch einen fehlenden Impuls erzeugter weicher Fehler einer
Bitverschiebung zugeschrieben werden kann. Das allgemeine, einen zusätzlichen
Impuls erzeugende Rauschen umfaßt weißes Rauschen,
Kopfrauschen, elektrisches Stromrauschen, Spannungsrauschen, Dämpfungswiderstandsrauschen,
Plattenrauschen, PCB-Rauschen und Vorverstärkerrauschen. Weiche Fehler, die
durch einen zusätzlichen
Impuls erzeugt werden, können
durch Verwendung eines Fehlerkorrekturkodes beseitigt werden.
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Bitverschiebungen
entstehen oft aus Spitzenverschiebungen, die bestimmten Mustern
und Rauschen zuzuschreiben sind. Spitzenverschiebungen, die Rauschen
zuzuschreiben sind, können durch
Einstellen der Bandbreite des Tiefpaßfilters beseitigt werden.
Spitzenverschiebungen, die bestimmten Mustern zuzuschreiben sind,
die aus einer gegenseitigen Störung
zwischen benachbarten Signalen resultieren, können nur durch Kompensation
eines Signals unter Verwendung eines Entzerrerschaltkreises und
durch Schmälern
der Impulsbreite des Signals, um die gegenseitige Störung zwischen
benachbarten Signalen zu minimieren, beseitigt werden.
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Wie
oben diskutiert, können
Spitzenverschiebungen aufgrund bestimmter Muster durch Erhöhen des
Verstärkungspegels
beseitigt werden, wohingegen Spitzenverschiebungen aufgrund von
Rauschen durch eine Erweiterung der Bandbreite des Tiefpaßfilters
beseitigt werden können.
Somit ist ein Ausgleich zwischen dem Verstärkungswert und der Bandbreite
des Tiefpaßfilters
notwendig. Da weiterhin die Qualität der Platte 10 und
des Kopfes 20 sich im weitem Umfange während des Herstellungsvorgangs ändern, ist
eine Optimierung der Bandbreite des Tiefpaßfilters und des Verstärkungspegels
des Entzerrerschaltkreises für
jede Platte und jeden Kopf notwendig.
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Bei
herkömmlichen
Verfahren werden jedoch die Bandbreite des Tiefpaßfilters
und der Verstärkungspegel
des Entzerrerschaltkreises festgelegt. Daher kann nicht jeder Lesekanal
optimal so verwendet werden, daß er
mit den Änderungen
der Charakteristik der Platte und des Kopfes 20 schritthält. Folglich
kann während
eines Datenlesevorgangs ein fehlender Impuls auftreten.
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Eine
Charakteristik eines weichen Datenfehlers in einem Festplattenlaufwerk
ist, daß die
Fehler-Erzeugungswahrscheinlichkeit sich im Gegensatz zu harten
Fehlern aufgrund eines Plattenfehlers entsprechend den Testbedingungen ändert, da
die Fehler aufgrund von Bitverschiebungen auftreten. Folglich wird
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung die Fehlerrate überprüft, während die Testbedingungen so
eingestellt sind, daß sie
den schlimmsten Fall berücksichtigen.
Als Ergebnis werden die Bandbreite und der Verstärkungspegel zur Optimierung
der Leistung des Lesekanals basierend auf der festgestellten Fehlerrate
erhalten.
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Zusätzlich zu
den Fehlerraten-Berechnungsmethoden zum Optimieren der Leistung
des Lesekanals verwendet das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ein Verfahren zum Berechnen einer Rohfehlerrate zur Verwendung
als eine Beurteilungsreferenz, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen.
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Darüberhinaus
soll, da sich ein Lese/Schreibzustand außerhalb der Spur entsprechend der
Stabilität
des Servosteuerungssystems ändert, die
Fehlerrate bei einem maximal außerhalb
der Spur liegenden Zustand erzeugt werden.
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1 ist
ein Flußdiagramm,
das ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zum Optimieren der
Leistung eines Lesekanals einer Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung
durch Verwendung einer Fehlerrate zeigt. Der Arbeitsablauf des bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 diskutiert.
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In
Schritt 301 gibt der Mikroprozessor 130 einen
Standardwert für
die Bandbreite des Lesekanals und für den Verstärkungspegel aus, der zuvor
vom Hersteller festgelegt wurde, um den programmierbaren LPF und
Entzerrer 50 einzustellen. Zum Durchführen des obigen Vorgangs stellt
der Mikroprozessor 130 den Standardwert ein, indem er Daten über den
seriellen Anschluß 120 dem
programmierbaren LPF und Entzerrer 50 zur Verfügung stellt.
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In
Schritt 303 wählt
der Mikroprozessor 130 eine innere Spur der Platte 10 aus,
auf der minimale Hardwarefehler existieren, schreibt wahlweise Daten unter
den schlechtesten Bedingungen und stellt einen außerhalb
der Spur liegenden Zustand zum Durchführen des Datendetektionsvorgangs
her.
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In
Schritt 305 bestimmt der Mikroprozessor 130 eine
Fehlerrate, indem er einen Lesevorgang wiederholt, um eine kleine
Menge der Daten auf der ausgewählten
Spur zu detektieren. Der Lesevorgang wird nicht durchgeführt, um
den Fehlerkorrekturkode zu verwenden oder um einen Lesevorgang wieder
zu versuchen. Wenn es mehr als einen Kopf gibt, wird durch ein identisches
Verfahren eine Fehlerrate für jeden
Kopf bestimmt.
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In
Schritt 307 vergleicht der Mikroprozessor 130 die
in Schritt 305 berechnete Fehlerrate mit einer Referenzfehlerrate.
Wenn die berechnete Fehlerrate unter der Referenzfehlerrate liegt,
weist der Mikroprozessor 130 in Schritt 319 den
Standardwert als Optimierungswert jedem Kopf zu und beendet den Ablauf
zur Optimierung der Leistung des Lesekanals.
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In
den Schritten 305 und 307 wertet der Mikroprozessor 130 in
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung 1010 Datenbits durch jeden Kopf
aus, um eine Datenfehlerrate zu berechnen. In diesem Falle wird
die Referenzfehlerrate als 1/1010 festgelegt.
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In
Schritt 307 ändert
der Mikroprozessor 130, wenn die berechnete Fehlerrate
größer als
die Referenzfehlerrate ist, in Schritt 309 den Verstärkungspegel
des programmierbaren LPF und Entzerrers 50 und berechnet
die Fehlerrate des entsprechenden Kopfes. Als Ergebnis wird die
Verstärkungsrate,
die der niedrigsten Fehlerrate entspricht, als Optimierungswert
eingestellt.
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In
Schritt 311 ändert
der Mikroprozessor 130, wenn die berechnete Fehlerrate
größer ist
als die Referenzfehlerrate, in Schritt 313 die Bandbreite
des programmierbaren LPF und Entzerrers 50 und berechnet
die Fehlerrate des entsprechenden Kopfes. Als Ergebnis wird die
Bandbreite, die der niedrigsten Fehlerrate entspricht, als Optimierungswert
eingestellt.
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In
Schritt 315 führt
der Mikroprozessor 130 erneut den Vorgang von Schritt 307 durch.
Hier legt der Mikroprozessor 130 den im Augenblick festgelegten
Verstärkungspegel
und die im Augenblick festgelegte Bandbreite für jeden Kopf in Schritt 319 als
Optimierungswert fest, wenn die berechnete Fehlerrate unter der
Referenzfehlerrate liegt, und beendet den Arbeitsablauf zum Optimieren
der Leistung des Lesekanals.
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Wenn
jedoch in Schritt 315 die berechnete Fehlerrate größer als
die Referenzfehlerrate ist, stellt der Mikroprozessor 130 einen
Laufwerksfehlerzustand ein, der eine schlechte Qualität des Kopfes 10 oder
des Laufwerks anzeigt. In diesem Fall kann eine Ausgabevorrichtung,
zum Beispiel ein Computer, der einen Laufwerkstestzustand angibt,
als Ausgabevorrichtung zur Angabe des Laufwerksfehlerzustands verwendet
werden. Die Leistung des Lesekanals kann durch Einstellen der Charakteristiken
aller Tiefpaßfilter
LPF und Entzerrer optimiert werden. Aber es ist auch möglich, daß nach dem
Einstellen eines Tiefpaßfilters
LPF und Entzerrers auf einen vorgegebenen Referenzwert der Lesekanal
durch Ändern
der Charakteristiken der anderen Komponenten optimiert werden kann.
Mit anderen Worten kann der Lesekanal durch variables Einstellen
der verbliebenen Tiefpaßfilter
LPF und Entzerrer in Abhängigkeit
von den zuerst eingestellten Referenzwerten optimiert werden, wodurch
ein mehrfaches Durchführen
der Schritte 309 und 313 überflüssig wird.
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Wie
oben diskutiert, wird in einer Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung,
wie etwa in einem Festplattenlaufwerk, entsprechend der vorliegenden Erfindung
ein Verfahren zum Optimieren der Leistung eines Lesekanals der Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung
zur Verfügung
gestellt, indem die Frequenzbandbreite und der Verstärkungspegel
des Lesekanals entsprechend den Charakteristiken der Platte und
des Kopfes variabel eingestellt werden.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzug tes Ausführungsbeispiel
gezeigt und beschrieben wurde, ist für den Fachmann klar, daß Modifikationen
im Detail ausgeführt
werden können.
Zum Beispiel kann der Mikroprozessor der Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung,
der zum Durchführen
und Steuern des Optimierungsvorgangs verwendet wird, durch eine
Testausrüstung
für die Plattenlaufwerk-Aufzeichnungsvorrichtung
ersetzt werden.