1、中华人民共和国国家标准化指导性技术文件信息技术 盒式光盘测量技术指南发布 实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布前言本指导性技术文件等同采用国际标准 信息技术 盒式光盘测量技术指南 是在该国际标准译文的基础上 通过分析研究并对词汇 格式进行标准化处理后编制而成的在采用国际标准时更正了原国际标准文本中的一些笔误和错误本指导性技术文件的附录 附录 附录 附录 附录 附录 附录 是标准的附录附录是提示的附录本指导性技术文件由中国航空工业总公司提出本指导性技术文件由全国信息技术标准化技术委员会归口本指导性技术文件起草单位北京航空航天大学电子科技大学本指导性技术文件主要起草人王睿戎霭伦 葛启涵
2、张鹰前言国际标准化组织 和 国际电工委员会形成了一个世界范围内的标准化专门系统 或的成员国通过由处理特殊技术活动领域的各个组织所建立的技术委员会来参与国际标准的开发和 的技术委员会在共同感兴趣的领域内合作其他与 和 有联络的官方和非官方国际性组织也参与这项工作在信息技术领域 和 已建立了一个联合技术委员会技术委员会的主要任务是制定国际标准但在特殊的情况下一个技术委员会可以提议发布具有下列某一种形式的技术报告形式 为了发布一个国际标准尽管经过反复的努力 仍得不到必要的支持形式 当该主题仍处于技术发展阶段或由于其他任何原因有可能在将来而不是现在立刻达成国际标准的协议形式 当一个技术委员会从通常作为
3、国际标准发布的出版物中收集到不同种类的数据例如技术发展水平形式 和形式 的技术报告在公布后的三年之内经评议以决定他们能否转化为国际标准 对形式的技术报告不必进行评议除非他们提供的数据被认为不再有效或有用是形式 的技术报告由 联合技术委员会信息技术分委会编制中华人民共和国国家标准化指导性技术文件信息技术 盒式光盘测量技术指南中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 批准 实施概述范围本指导性技术文件提供了 可擦写只读盒式光盘的测量技术指南目的本指导性技术文件所提供的测量技术指南还尚未被工业界所深入了解 本指导性技术文件的宗旨在于帮助有关人员了解盘片与驱动器之间的兼容性以及盘片之间驱动器之间的互换性
4、本指导性技术文件在这些方面提供了一些测量的实例和测量技术指南引用标准下列标准所包括的条文通过在本指导性技术文件中引用而构成为本指导性技术文件的条文 本指导性技术文件出版时所示版本均为有效 所有标准都会被修订使用本指导性技术文件的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性信息技术 数据交换用 可重写 只读盒式光盘定义本指导性技术文件的定义与 完全相同测量环境概述本指导性技术文件提供了 种测量环境 在第 章的每一条中可能会引用以下定义的 种测量环境之一除非另有说明测量环境 基本上可用于第 章中的每一条其他附加的测量环境或条件将在所出现的条目中介绍测量环境测量环境 与 中规定的测试环境相同温度相对湿度大
5、气压力净化级别 级磁场强度测量环境测量环境 用于最高温界区的测量温度相对湿度 无特殊要求大气压力 无特殊要求净化级别 级磁场强度 除非另有说明测量环境测量环境 用于不同温界区的测试 该测试环境范围值与 中规定的操作环境相同温度相对湿度 无特殊要求大气压力 无特殊要求净化级别 级磁场强度 除非另有说明测量的建立概述用于测量光盘的驱动器应在测量光盘前进行校准 在 中叙述了适用于激光功率校准的典型校准光盘测量精度测量装置应具有较高的可再现性和可重复性推荐的运行容差率 为式中 标准偏差容差 其值为技术规范中的上下限之差以反射率为例即在只有单边值限定规范的情况下 系统应能分辨出参数规范中的重要数字的数目
6、校准盘光盘驱动器和或测量装置在记录层的激光功率可由校准盘标定注 这种校准盒式光盘可由日本电子元件可靠性中心 提供其地址是并可在 年前按编号 订购获得测量区域除非另有说明 要求光盘应在整个盘片区域都满足技术规范 见的附录 本指导性技术文件在以下各项中指出了最关键的测量区域对于读功率窄带信噪比扇区标头信号 推挽信号以及 区的跨道信号 最关键的测量区域是光盘最内圈对应于控制轨道数据 的写功率和擦功率对于倾角 轴向和径向加速度 最关键的测量区域是光盘最外圈对于盘片反射率 信号的不平衡性最关键的测量区域是光盘最内圈和最外圈在光盘的内圈和外圈的测量区域和控制区域中测量由槽和扇区标头得到的信号参考伺服规定在
7、测量条件下光盘的旋转频率为 并规定了对记录层轴向和径向跟踪的参考伺服的传递函数见 中的 和测量信号时光束的焦点与信道中心的径向寻址误差比测量径向加速度时小得多 这是由中的 条所提供的强伺服来实现的 所以 径向寻址误差值在低于加速交界频率时应增加 而在高于加速交界频率的频率范围内应保持不变 可通过各种不同的相位补偿器来实现多种强伺服如果使用同类补偿器 作为参考伺服 转速为 的这种强伺服的 交界频率是 并且这种强伺服的加速交界频率是表 列出了其他转速频率的相应值表 用于测量伺服的常量表测量技术项目概述中的测量项目表给出了各项的情况 该表将这些项目分为两组即定义和测量技术的指南测量技术指南测量项目表
8、中的章条号 项 目 分组情况 章条号快门开启力夹持力倾角径向和轴向加速度反射率对心柱槽信号扇区标头信号读功率写功率和擦功率的不平衡性窄带信噪比测量技术快门开启力定义快门开启力定义为快门的重量与开启和或 关闭快门时盘盒与快门摩擦力之和的最大力量值 该力是推拉快门时在平行于快门的运动方向上测得的 但是由驱动机构内快门开启器所产生的摩擦力不含在定义之内测量过程图 给出了一种用张力计测量的方法 这种测量方法不含快门质量因此测量结果还应加上快门质量值 另一测量方法和测量数据见附录图 测量装置示例夹持力引言最大允许力的范围是指装载电机或机械装置从夹持一片无机械损坏的盘片到卸下此盘片所用的力 夹持力由满足
9、的附录 中所规定的盘毂上下限的盘片所校验 该项由驱动器设计者确定测量过程为盘毂准备一块磁性材料以提供将其吸附在 的附录 中所规定的测量仪上的 的力将该材料固定在非磁性的盘毂上并保证包含盘基和该材料在内的高度值为将盘片夹持在测量仪的转台上通过拖出盘片测量夹持力倾角引言在 中倾角定义为盘片的参考面与入射面之间的夹角在实际测量中当用到从记录面而来的反射光时还要考虑盘基的厚度值测量倾角的方法有多种本指导性技术文件给出了以下两种测量方法 第一种方法与 中阐述的方法相同即直接用平行光测量倾角 第二种方法是利用测量物理性能的特殊光学头来测量倾角测量方法该法沿用已久其测量原理如图 所示 当我们将小功率的 激光
10、作为光源时测量用的光点直径大约为 这样该方法与 中所定义的很近似 在该测量方法中我们还应考虑以下条件采用说明中 此处为图 在本指导性技术文件中根据前后文意思改为图当测量盘片最外区域时光点直径应控制在 的范围内当倾角增加时 误差的增加取决于盘基的厚度测量方法这是一种通过轴向偏差值测量倾角的方法为了测出轴向偏差 物镜的位置或是由专门设计的具有微传感器的光学头来探测 或是通过测量物镜执行机构的电流值来探测 这些方法比测量方法 都更为方便因为它们同时还可测出其他的机械特性 利用轴向偏差值测量倾角的方法的原理如图 所示假设有一个几平方毫米的方形平面 那么沿径向的倾角 或沿切向的倾角 可通过轴向两分离点或
11、 之差和距离 或 的值进行计算切向倾角径向倾角那么合成角倾角是倾角采用说明中 此处为图 在本指导性技术文件中根据前后文意思改为图中此处为 在本指导性技术文件中根据前后文意思 改为图 倾角的直接测量测量方法图 由轴向偏差测量倾角测量方法由于以下原因在使用上述公式时应加以注意倾角值是由两不同点的轴向偏差决定的因此估算值对两点间距离的精度有很大的依赖性即 两不同点的距离 越小估算误差越大相反当两不同点的距离较大时表面粗糙度将影响测量精度 因此 必须仔细考虑测量条件测量每 间距的倾角 的轴向偏差值应对应规范中的 因此测量精度不容忽视轴向和径向加速度引言中假定光点是借助于轴向和径向伺服机构跟踪盘的信道
12、跟踪精度必须超过读取精度的要求但轴向和径向的运动可能成为达到跟踪精度的一个障碍在低频时伺服系统加以响应 物镜跟踪盘的运动并且伺服环增益减少了一部分光点与信道间的距离 这意味着盘片在跟踪时运动加快另一方面在高频时伺服系统不予响应盘片以自身的运动来响应跟踪活动作为光盘驱动器的典型伺服特性 对于那些在环内相位补偿滤波器中上升到前置转折频率范围的频率值进行倍频将有 的环增益 同样的当在最大加速度是常数的条件下 盘片做正弦运动时频率与振幅的关系为倍频将产生 的振幅增加 因此 由于伺服增益和盘片加速度已经确定在低频时可以估测跟踪加速度见图和图 相应地 如果我们在低频时只考虑盘片的加速而在高频时只考虑盘片的
13、位移 那么可在某种程度上确定光点对轨道的跟踪 然而如果我们试图建立用于上述情况的精确规则时就会发现如下问题首先若想独立于频率来测量加速度和位移这两个物理量是很复杂的 其次 通过加速度和位移是无法精确得知物镜在过零频率附近的过量运动的 例如 图 表明在 的环增益下允许加速度达而在 的环增益时允许盘片只有 的移动 从上述考虑 利用参考伺服所具有的固有特性规定了伺服偏差规范 选择这一规范的原因是在跟踪运动时伺服偏差可直接出现 然后即可在全频率范围内估算这一物理量图 加速度与伺服环增益之比情况 盘片只有轴向偏差的低频成分时情况 盘片具有轴向偏差的高低频成分时图 盘片机械特性的模拟测量系统图 给出了测量
14、系统该图是 附录中图 和图 的综合 在图 中非接触静电容量传感器的输出加到实际伺服误差信号上其结果输入到具有参考伺服传输特性的滤波器上 典型的非接触传感器一般而言是不易做到从低频到高频的精确测量的 一般认为低于 的运行是合乎需求的因此物镜在伺服的过零频率附近超过盘片移动的运动 即使在误差信号上出现 也不能由非接触传感器的输出补偿所以测量精度下降 在图 中标明了实际的伺服传递函数而且伺服的误差信号输入到滤波器中该滤波器特性代表了参考伺服传递函数与实际伺服传递函数的倒数的乘积然而一般来讲很难从高频到低频精确地测量伺服系统的传递函数 尤其是对于弹簧片型的执行机构由弹簧和执行机构的运动部分的质量而产生
15、的共振频率是几十赫兹而且不易精确地识别其特性 即使对于滑动型执行机构在低频时由于滑杆和滑程有较大的影响 也不易很好地识别其特性因为这些原因我们建议这样一个系统 其输出在低频时用图 在高频时用图 这样就可在低频段和高频段做到不受频率的影响而精确地进行测量 这里用已装置好的具有相反特性的交界滤波器 它们是截止频率为的 阶滤波器 另外 由于在低频时可直接测量物镜的移动 盘片移动的低频成分储存于存储器中将被用于实际伺服系统的进给控制 是频带为 传递函数的传感器系统的单元 和 分别是伺服环相位补偿单元和执行机构的传递函数单元 它们的特性取决于所用装置的类型图 测量系统过程 低通测量系统校准非接触传感器增
16、益测量误差信号增益方法 轴向增益使盘片停转关闭轴向和径向伺服利用机械慢动装置粗移盘片并将盘片放在轴向误差信号 中心的附近利用压电元件慢慢移动盘片并寻找轴向误差信号 的中心当台面与槽内的轴向伺服信号之差变大时启动径向伺服用压电元件 将盘片从误差信号中心分别移动 并测量这些点的增益方法 轴向增益使盘片停转启动轴向和径向伺服 当施加偏置电压到 时 利用静电容量非接触传感器探测物镜的运动并在 处测量增益方法 径向增益使盘片停转启动轴向伺服在径向执行机构加斩波使其移动为径向误差信号 获取相邻两个周期偏差在 内的波形 并将一个周期视为 在距台面中心 处测量增益 注意若在这时观察跨道信号即可以识别台和槽方法
17、 径向增益使盘片停转启动轴向和径向伺服 当偏置电压到 时利用静电容量非接触传感器探测物镜的运动并测量 处的增益调整可变增益 使之与非接触传感器的误差信号匹配 若方法 可用于增益测量 建议输入 的正弦波到 并调整可变增益以便信号 变为完成一个参考伺服模似滤波器 为了使 滤波器能精确地模拟低通特性尽管数字滤波器有相对简易的结构我们一般首选模拟滤波器 图 和图 分别给出了用于轴向和径向的模拟滤波器的范例 图 和图 是这两种滤波器的模拟结果完成一个低通滤波器 作为交界限界的 阶滤波器要求其载止频率为 这里的截止频率和增益必须与精度为 的高通测量系统的高通滤波器一致注意 当盘片没有旋转而进行测量时 可使
18、用低功率激光 以免使塑料盘基被照射的部分被损坏过程 高通测量系统传感器系统的增益像低通测量系统那样调整可变增益传递函数偏差从 施加一个激励信号并测量从 到 的传输特性高通测量中的高通滤波器的截止频率为 因此测量系统应在 以上的频率段运行运用 分析仪的曲线拟合功能所得出的传输特性来确定传递函数注意 考虑到测量频域较宽 可通过步进方式逐步改变每一频率段的激励信号幅值来改善测量精度在测量中一定要保证伺服环的每一部分都没有饱和完成 校正滤波器完成高通滤波器作为交界限带的 阶滤波器要求其载止频率为 这里的截止频率和增益必须与精度为的低通测量系统的低通滤波器一致图 轴向使用的 滤波器示例图 径向使用的 滤
19、波器示例图 滤波器的频率特性径向图 滤波器的频率特性 轴向过程 全部测量系统在同一增益下将低通测量系统的输出信号加到高通测量系统的输出信号上在这些条件下旋转测量盘片加上轴向和径向伺服并观察 输出信号反射率注 基准反射率值应不含盘片表面的反射效应当通过光学拾取器即会聚光束测得基准反射率时只要物镜与光探测器的光程很大 盘片表面的反射效应很小见图图 盘片表面的反射率对心柱注 对心柱是盘毂中心轨迹的假想圆柱 对心柱的基本概念不仅适用于静态范围同时也适用于动态状况 在测量时应特别地对下列各项予以考虑在运行状态盘片应与盘盒保持一个径向间隙值两者是分离态的盘毂中心位置与盘片外沿中心位置的不同盘盒尺寸的容差见
20、附录槽信号测量装置图 给出了测量槽信号的测量装置 表示低通滤波器 用于消去由模压标记产生的调制效应 图 给出了该电路的范例 这个电路是截止频率为 的 阶 且信号在 时通过它有 的衰减表示除法电路 该电路可实时完成经过滤波的差分信号 除以经过滤波的累加信号的任务 其输出给出了含有模压标记的除法推挽信号 为避免测量误差应注意消除该除法电路输入中的偏置电压 图 给出了实际的除法电路的范例将示波器的探针连接在箭头处以测量箭头所示处后面的信号测量条件用测量环境 见测量区域 见测量过程有两种方法可测量槽信号即 跳道方法 径向伺服关闭方法 比较而言 方法更好些因为此法易于避免信号中的标识符 的干扰而且具有在
21、偏心距较小的情况下测量的能力跳道方法将聚焦光束移至目标道上将示波器数字存储式 探针连在以下各处 处以获取跨道信号 处以获取跨道最小信号 处以获取推挽信号 处以获取除法推挽信号或在通道 的输出处获取道上信号利用跳道功能在某个扇区的记录区段而非标识符 区段跳到相邻的道上测量信号幅值 跨道信号推挽信号和除法推挽信号或信号电平跨道最小信号和道上信号在一个圆周的其他扇区重复以上测量确定测得的最大 最小值是否与标准相符合注可在每个扇区通过改变跳道方向使得左右相邻道的测量在一圈中完成 如图 所示这是很有用的在无槽区的参考信号 最好在同一扇区从偏置检测字段 处测量 当寻道时所用的累加放大器获取正确 电平的带宽
22、较小时 电平可用通道 的信号 补偿径向跟踪伺服关闭方法将聚焦光束移至目标半径处将示波器数字存储式 探针连在以下各处 处以获取跨道信号 处以获取跨道最小信号 处以获取推挽信号 处以获取除法推挽信号或在通道 的输出处获取道上信号存储跟踪伺服关闭时盘片旋转一圈所获得的槽信号波形读取信号幅值跨道信号 推挽信号和除法推挽信号 或从储存波形中读取信号电平跨道最小信号和道上信号 对于没有模压记录的沟槽区 应从存储信号列中除去标识符 段以避免 的干扰注 所介绍的测量过程范例见附录激光二极管准直镜可选整型棱镜通道通道分束镜偏振分束镜物镜光盘可选半波片相位延迟器偏振分束镜通道 和通道 的光电二极管二像限光电二极管
23、直流耦合放大器跟踪通道见 中的图 测量仪的光学头和读通道扇区标头信号概述扇区标头信号 和 可能会在径向或切向上有所变化 因此这些信号应在 所描述的测量区内的一条信道内的各个扇区中进行测量幅值测量扇区标头信号的获取将扇区标头信号以 样本的采样速率存储在数字存储器中 最好根据已经测量的信号改变触发点的延迟时间去获取数据峰峰电平正弦波峰峰电平值可以在输入信号的 阶差分为零时获得信号在 段正弦波所有顶端峰值的平均值 和所有底端峰值的平均值 可计算而得为了使小信号 的测得值具有可靠性 可重复 次测量 信号后计算这些值的平均值扇区标记 和从顶端峰值电平和相邻的底端峰值平均电平之差计算 和 将所有 的最小值
24、作为 将所有 的最大值作为获取 次数据并对其取平均值以去掉噪声在高反射标记段获取 个顶端电平的平均值做为图 低通滤波器 示例图 除法电路示例图 由跳道方法测得的典型波形读功率定义最大读功率是在运行条件下对记录标记无破坏的最大功率值最小读功率是窄带信噪比大于 的最小功率值测量条件利用测量条件 见测量区域 见读次数在一条信道上可连续读 次测量过程擦除三条相邻信道在写入条件下在中间的那条信道上写入测量信号步骤 和 可在测量条件 下进行将光盘置于温度为 的环境内将读功率设置为控制信道所定义的最大功率值上测量初始化窄带信噪比施加 的磁场在擦除方向连续 次读盘并测量窄带信噪比推断并估算 次时的最终窄带信噪
25、比分析如果 值 或最初测量与最终测量的 值之差大于 那么该光盘没有足够的读功率范围见图图 读出稳定性测量写功率和擦功率定义在控制数据中所定义的写和擦功率如下所述信号的窄带信噪比大于信号的分辨率不小于盘片应可写入多次而不损坏记录层在控制数据中所定义的写和擦功率对驱动器而言应有 的余量测量条件利用测量条件 见测量区域 见写入和擦除的循环次数在规定的信道上可擦写 次擦写频度应小于 次测量过程测量过程如下详细的流程图见附录从成品盘中根据对写敏感点的观察选择空白盘见图将光盘置于温度为 的环境内测量写功率与 的关系见图初步确定好写和擦功率做写和擦的循环测量再次测量写功率与 的关系获得 温度下写功率的范围将
26、光盘置于温度为 的环境内重复 至 步骤获得 温度下写功率的范围计算在 下的最佳写功率见图分析中所描述的典型测量结果的解释如图 所示 在运行温度下写功率值范围的计算范例如图 所示假定在所允许的灵敏度范围内盘片进行了最高和最低功率的灵敏度测量 我们就得到了和分辨率两条曲线见图到 是 不小于 且分辨率不少于 的写功率值范围 这一功率值范围可作为对未使用光盘功率要求的最低值然而由于激光的照射效应 光盘的写功率特性通常在使用中有所变化建议在确定功率值范围时应考虑功率特性变化这一因素 图 给出了 次擦写循环后可能呈现的写功率特性 和分辨率曲线都向低功率边移动 为得到最坏条件下的写功率范围我们需要在擦写循环
27、测量后得到最低功率极限 这一结果给出了记录介质在循环擦写 次之后的最终写功率值的范围注 是指在初始化条件下 擦写循环测量前盘片的 为 的写功率 是指在初始化条件下 擦写循环测量前 信号幅值的分辨率为 时的写功率 是指在最后的条件下擦写循环测量后 信号幅值的分辨率为 时的写功率 图 中 的范围是经过循环擦写测量后成品的实际写功率范围上部粗实线 到 表示在 中规定的由分辨率所限制的最大写激光功率下部粗实线 到 表示由 所限制的最小写激光功率 点是 时 和 的中点且细实线由 点开始具有 的斜率 所有的实线和虚线都具有 的斜率 线上的 点值定为 本指导性技术文件建议用 作为记录在控制区的写功率值 若下
28、部实线的斜率大于 图中表现为更陡些 情况 可被使用 这种情况下点 和点 分别位于 时的上部实线和下部虚线上 点 是 和 的中点 下部虚线从 的 点开始 点 与点 相同定为图 写功率特性 初始化条件下图 循环测量后写功率特性图 写功率特性图 在运行温度时的写功率范围图 完磁光信号的不平衡性测量条件利用测量条件光学拾取器光学拾取器的相位差为测量过程注 如果用低通滤波器测量不平衡性 写入的 信号的占空比应为 否则不平衡值将会有一个不希望有的直流偏置 为避免这个问题 可不用低通滤波器而是去获取波形上下包迹线 的不平衡值即由上下包迹线的中心线表示见图窄带信噪比定义采用已被工业界所接受的通用定义测量条件利
29、用测量条件 和光学拾取器光学拾取器的相位差为 和测量过程频谱分析仪条件决定一个平均次数 这取决于频谱分析仪的种类 在测量噪声电平时平均次数最好大于次 对于测量载波电平而言 平均测量几次即可满足要求见附录决定测量噪声电平的频率 噪声电平的测量点的选择应考虑到频谱分析仪的滤波器的特性为避免载波电平的能量在载波电平与噪声电平点之间至少需 见附录如需要可为噪声电平取得一个补偿因子 每个频谱分析仪都需要几个分贝的补偿 见附录选择门控扫描或非门控扫描 考虑到频谱分析仪的特性使用门控扫描在避免来自扇区标头模压部分的噪声干扰上是有用的 见附录 若使用非门控扫描频谱分析仪 来自扇区标头的噪声大约要高出 到没有低
30、通滤波器的 信号有低通滤波器的 信号图 有和或没有低通滤波器的不平衡性测量采用说明此图与 中的原版图的清晰度一致附录标准的附录决定写功率和擦功率的流程图附录标准的附录平均次数和频谱分析仪数据当用频谱分析仪测量载波电平和噪声电平时 可通过重复测量 平均次数来获得稳定的测量数据在频谱分析仪中已内置每测完 次后做均方根的功能这里描述的平均次数和可重复性 稳定性 是针对利用典型的频谱分析仪获得的实际测量数据而言的 这里所使用的频谱分析仪是 公司的和 及 的 图 给出了上述每种分析仪的测量平均次数与测量误差的关系曲线 其中水平轴代表平均次数垂直轴表示数据的标准偏差 进行 次测量的总和 在这些图中 我们可
31、以看出对于任何一种分析仪载波电平的测量的次数在 次以上就足够了 虽然不同类型的分析仪所得的噪声电平的测量结果各异对三种分析仪来讲要使它们的 值低于 的平次测量次数是必需的 每次测量次数的数目选择应考虑到 测量的精度图 平均测量次数与测量误差的关系附录标准的附录噪声电平的测量频率点为使测量噪声电平不受载波的影响必须选择一个频率范围在这个频率范围借助于频谱分析仪的分辨率带宽滤波器的成形因子和频谱分析仪的本地示波器的相位噪声可使载波不产生影响分辨率带宽 滤波器边缘的效应下面的例子是当采用一个 的成形因子时用 边缘测量噪声电平的效应 相对于载波电平下列各值加在噪声电平上除去除去除去测量的计算效应对于
32、如下 结果值将以 的方式而不是准确的值的方式读出除去除去除去在 不考虑载波的情况下 成形因子为 时 的 的误差小于 在 从载波可估算的误差小于以上更详细的表达见图 图 和图典型频谱分析仪的成形因子 列表如下带宽从以上数值来看 不论使用何种频谱分析仪 在 时不考虑载波预计误差小于相位噪声效应图 给出了 带宽时典型频谱分析仪的典型 给定的相位噪声值 如果相位噪声比测得的值低 那么误差大约为 由于某些频谱分析仪在几百 的偏置时有 的值 因此 的 的测量值将有 的误差 那么可建议使用更高的偏置频率例如注 如果载波电平较低 频谱分析仪的噪声底线将对系统噪声底线的测量产生一定的效应 建议采取断开输入的方式
33、以确定频谱分析仪的噪声不干扰 的测量 经计算由频谱分析仪的噪声底线而产生的误差估计为式中的 是输入噪声与频谱分析仪噪声底线之比图 窄带信噪比测量范围的相位噪声效应均衡到 带宽图 窄带信噪比测量范围的分辨率带宽成形因子效应图 窄带信噪比测量范围的分辨率带宽成形因子效应图 窄带信噪比测量范围的分辨率带宽成形因子效应附录标准的附录测量噪声电平时的注意事项噪声测量时几个可能出错的因素噪声测量时有下列几个可能的出错因素探测等效噪声带宽标尺保真度峰值探测可利用表 补偿可利用表 补偿但仍会有一些由于带宽精度而产生的误差无法补偿 最后成为残余误差可通过对频谱分析仪的适当设置而消除噪声电平的补偿探测补偿利用频谱
34、分析仪的 探测进行噪声电平的测量是需要进行补偿的当噪声是属于大多数情况的高斯分布时 探测将带来 的测量误差等效噪声带宽 补偿不必与分辨率带宽 相同 因为噪声电平不是对应 而是对应 的因此在 的等效噪声带宽获取的噪声电平是有必要进行补偿的 各种频谱分析仪的 测量补偿在表 中给出补偿因子表表 给出了典型频谱分析仪在 的等效噪声带宽获取准确噪声电平的补偿因子表表 测量的补偿值探 测 总 值线性总补偿值表示在频谱分析仪上显示的噪声比实际的噪声 看起来好多少举个例子 如果在 上显示的噪声电平是 补偿值将为或者在 上若 值为 的补偿将为噪声标记测量还有另一种方法 即用噪声标记 去获取 等效噪声的功率 大部
35、分频谱分析仪有噪声标记功能 它计算包含上述补偿的每赫兹噪声功率为了获取 带宽的等效噪声功率将直接加在标记值上注 应确定在噪声标记频率处无毛刺信号噪声测量精度即使噪声电平已得到补偿修正 其结果值仍存在着下述不确定性标尺的保真度标尺的保真度是指两个不同数据点的相对值的不确定性 非线性 例如若载波读出值是而且噪声经补偿后的值为 不同的 在所规定的标尺的保真度内有一误差 若标尺的保真度规定为小于 那么 可能有 的误差注 在某些频谱分析仪的数据单中 幅值的线性率是常被用来取代 标尺的保真度的精度分辨率带宽通常有 的精度 由于 与 关系密切 因此 也有相同的精度这相当于对应 到 的噪声测量误差 测量频谱分
36、析仪的 并且使用测量结果值而不是用表 中的值将会减少这种误差注 有一数字 滤波器 因此其带宽很精确 这种误差可忽略不计峰值探测误差如果工作带宽 和视频带宽 及扫描时间之间的相互关系不合适就会发生探测误差而且测量的噪声电平比实际的更高 为使这个误差足够小应遵循以下说明 工作带宽应比显示点数目乘以 的值小 例如若显示点为 工作带宽应小于 扫描时间不应比自动扫描时间更长而且窄的 使噪声测量有更好的精确度 减少 直到无任何噪声电平的变化 通常比 小的 便不会产生此误差 另一种避免该误差产生的方法就是使用噪声标记详细的叙述见附录 用 测量噪声门控扫描时的注意事项当测量 窄带信噪比 时 因为要跳过预刻区进
37、行测量 一般推荐用门控扫描 关于门控扫描应注意以下问题建议的门控长度由于 和 滤波器需有一定的设置时间门控长度太短无法取得正确的测量结果 建议所采用的 和 都宽于 这样可在数据列到来前保证 和 的滤波器已设置完毕 式中的 是有效信号的时间长度频谱分析仪的内部时间延迟可通过调整门控延迟和门控长度任意定义门控时间 然而应注意的是由于频谱分析仪的内部延迟测量的数据并不必在所定义的门控时间内与输入数据的信息对应频谱分析仪的内部延迟取决于滤波器的形状估计在 和 之间换句话而言用的 滤波器 频谱分析仪比给定的门控时间提前约 到 获得输入信号的信息附录标准的附录槽信号测量过程举例径向伺服关闭法该附录给出了利
38、用径向伺服关闭法测量槽信号幅值的例子槽信号测量步骤举例径向跟踪伺服关闭方法信号数据的收集获取信号 存储信号波形 例如跨道时的跨道信号见图数据区 字段干扰的探测字段的数据可能会干扰信号波形的采集 因此干扰应被消除字段探测字段具有调制信号并且比槽相关信号具有更高的频率成分 因此 可利用采集信号序列的二阶差分很容易地将槽相关信号和 字段区分开 见图 和图一阶和二阶差分的计算如下当 最大时 时间 设置为 在对应于 周期包含 在内的范围内 计算的变化 确定某个具有最大变化的周期作为 字段所有的 字段可从以前确定的 字段按周期计算出波形 的插入对所有的 字段周期直线式插入波形 插入的波形命名为 见图幅值计
39、算首先当波形 与波形的平均线交叉时 计算时间序列 当光点与偏心信道交叉时 槽相关信号具有不同周期的正弦波形 波形的波峰和波谷位于 与 之间的中心线附近 因此在不含 字段的 的范围内 可找出波形的最高峰值 和最低峰值 由于偏心 当 从 变到 或从 变到 时 在转折点的幅值 较小 因此应从序列 中删去幅值序列 在不含 的序列 中的最大和最小幅值应符合标准存储波形一阶差分二阶差分图 跨道信号的典型波形去掉 段的二阶差分插入 段的波形图 完附录标准的附录盘毂对心柱半径的测量方法对心柱半径的定义已在 中阐明但是对心柱半径的定义是很复杂的 这主要是因为它是包括盒体和驱动器多种尺寸容差的假想柱面如图 所示本
40、文给出了对心柱的测量和计算的方法图 对心柱半径的最坏情况在某些情况下的对心柱半径理想条件在下列理想条件 盘毂中心的轨迹画了一个柱面而且它的中心由盘盒的标称值 和 给出驱动器转轴中心的设置与从定位销算起的标称值 和 所给出的位置一致盘盒中用于放入盘片的空腔壁的中心的位置与标称值 和 所给出的位置一致盘毂孔的中心与盘片中心位置一致但不必与槽的中心一致在这种情况下圆柱的半径 由公式 表示见图空腔半径 盘片半径图 理想情况下的对心柱半径盘毂中心位置与其理想位置有偏差时通常 盘毂的中心不是正好位于盘片的中心位置上当盘毂中心与盘片中心有一偏差 时 对心柱半径 可从公式 获得 见图当空腔中心 与其理想位置有
41、偏差时通常盘盒的空腔中心 与其理想标称位置有一偏差值 在 中规定 的可接受值即为 的容差当考虑到 和 两个值时 对心柱的半径 可由公式 得出见图在驱动器中由于定位销和准直孔的间隙而造成盘盒转动的条件下如果一个驱动器只有定位销而没有准直销那么如图 所示快门开启力将使盘盒转动一个 值且盘盒的中心由定位销的中心给出实际的驱动器都有定位和准直两个销 而且定位和准直孔与它们相对应的销都有些间隙在实际的驱动器中考虑所有的偏差 和 后盘毂中心与驱动器空腔中心的标称位置之间的最大长度在最坏的条件下 由公式 表示且该值即为盘盒对心柱的半径 值式中的 是盘盒中心在与驱动器的 平面相平行的方向上的偏差 可由公式 得
42、出 见图式中 和 分别代表准直孔与准直销之间的间隙以及定位孔与定位销之间的间隙图 考虑了盘毂中心对中心位置偏差的对心柱半径图 考虑了盘毂中心对盘片及盘盒空腔中心偏差的对心柱半径图 考虑了由快门开关力引起的盘盒旋转因素的对心柱半径图 考虑了 在驱动器中准直和定位销的位置及尺寸情况的对心柱半径对心柱半径的测量方法如公式 所示对心柱半径 可由盘盒的 和 这几个值得出 在公式 中 如公式所示可由盘片半径和空腔半径算出盘片的半径和其容差已在 中规定但该标准并没规定空腔半径下面首先描述空腔半径的获取步骤盘盒空腔壁的半径空腔壁半径的设计应保证在任何驱动器的运行状态盘片不会碰到空腔壁 因此 空腔壁半径的最小值
43、应设计为盘片半径的最大值与在最坏条件下的容差之和 见图图 在运行条件下盘盒的空腔壁和盘片的校正在最坏条件下盘盒 壳 盘片 盘毂和转轴的中心位置如下所述转轴中心位于平行于驱动器的盘平面方向距标称位置为 的范围值内 在运行条件下 转轴中心位于盘毂中心处 盘毂中心位于平行于 平面方向距盘中心为 的范围值内 空腔中心位于平行于平面方向距盘盒的标称位置为 的范围值内 盘盒空腔的中心位于平行于驱动器的 平面方向的 范围内它在驱动器内的移动和转动的范围也局限于 值 上下盘壳的中心位于平行于 平面方向 它们的中心距在 的范围值内上述条件如下列公式所述空腔半径 盘片半径由于盘盒通常是由两个壳体组成式中的 是盘盒
44、组装好时上下壳的空腔中心距 假设盘片与空腔壁的最小间隙设置为空腔半径 盘片半径适于盘片生产商的对心柱半径 最大值的测量对心柱半径的最大值 由公式 和 推导如下空腔半径 盘片半径若空腔半径的容差设置为空腔半径 空腔半径盘片半径另一方面 盘片半径的最小值可从盘片半径的容差推导出盘片半径 盘片半径式中的 是盘片半径的容差盘片半径 盘片半径式中的 在 中已规定 将公式 插入公式是每个生产商所生产的盘盒对心柱半径值计算举例由于盘片制造商的不同容差 的值也将有所差别 一种利用表 的数值计算对心柱半径的例子如下所示 表 给出一组举例数据只要 中已确定的规定数值得以保证盘片生产商可设置他们所需的数值 从公式所
45、规定的数值表 容差的估测值值 注盘片外径的同心度估测值的容差当销的直径是 时 和 为盘盒组装时的估测值盘片与空腔壁之间最小间隙的估测值盘盒制造时空腔半径的容差估测值盘片直径容差的一半运行条件下盘片位置附录提示的附录用 频谱分析仪测量噪声用 和 更好地测量噪声内容引言基本噪声测量载噪比测量低电平噪声测量引言和 频谱分析仪运用独特的设计可使噪声测量的精度有所提高 这些分析仪的探测机理是直接测量真实的均方根电平 这有利于噪声电平的精确显示并且可从信号测量中直接确知载噪比 这与其他大部分的 频谱分析仪是不同的这些分析仪通常会低估噪声电平 因此在噪声测量时需要校正因子传统的分析仪运用对数放大器及包迹线探
46、测机理易于在噪声测量中引入误差 见图 对数放大器将可能使噪声电平被压缩 左右 标准的二极管探测可能低估噪声电平达 左右 这意味着噪声电平的显示将低 这样的测量结果给你的印象是噪声功率是实际的一半左右 由于载波电平可精确显示而噪声电平显示偏低 这样将会对载噪比的测量产生误导 因此在传统的分析仪中按惯例通常在噪声测量中加入 的校正因子即使加了校正因子 利用传统的分析仪你也可能无法得到精确的噪声测量值校正因子的设置是基于假设噪声是高斯分布的 而通常正被测量的噪声分布是未知的 相反 和 频谱分析仪可正确的探测和显示各种类型的噪声电平和连续信号图 数字 分析仪以数字滤波器代替模拟的 滤波器可更好的预测噪
47、声带宽 对数放大器和包线探测器由计算平均功率的数字算法代替 可提供更精确的连续波信号和噪声的探测数字技术的好处图 给出了 和 频谱分析仪与传统的分析仪之间的主要不同使得噪声测量更为精确的关键就是数字技术的应用 在分析仪的最后 阶段 模拟信号被转换为数字信息流 其结果分辨率带宽滤波器 滤波器变成了可编程数字滤波器而且探测器变成了数学算法系统 这两点都于测量有利数字滤波器有精确的带宽 这能在噪声测量中减少不确定性 由于噪声总是以等效噪声带宽为参考的 因此知道滤波器的精确带宽是很重要的 传统的分析仪宽带可有 的变动量将之转化成噪声电平的变动量即为 相反的数字滤波器带宽的变动量在 以内 转化为噪声电平
48、的变动量则小于带宽的变动量直接影响噪声标记的精度噪声标记的作用是将某点的噪声电平归一到 带宽由于它通过 划分被测量的噪声电平因此任何滤波器带宽的不确定性都会转化为计算结果的不确定性 由于数字滤波器如此精密其噪声标记精度也比传统的设计有所改进除了精确的带宽 数字滤波器还有很好的成形因子 图 将数字滤波器的成形形状成形因子为和传统分析仪模拟滤波器的成形形状典型成形因子 进行了比较 在 中最好的成形结果是与滤波器的分辨率带宽基本相同这样可简化某些噪声测量 这里的 是分辨率带宽的倍 而其他分析仪的 是分辨率带宽的 或 倍图 细线表示 数字滤波器的成形形状粗线表示传统分析仪模拟滤波器的成形形状采用说明附
49、录 中的图 图 的清晰度与 中的一致 使用时仅供参考数据通过了数字滤波器后 便进入了探测器阶段经过数字处理很容易完成计算真实平均功率的算法从而形成真实的均方根电平 如前所讨论的 真实的均方根电平探测可提供更精确的噪声测量该应用注释详细地叙述了如何使用 和 频谱分析仪进行精确的噪声测量该注释也解释了如何与那些没有相同的滤波带宽和探测机理的频谱分析仪就这些测量进行比较由于 和 有独特的数字滤波和探测器 该注释的其余部分可参考的注释基本噪声测量总览分析仪必须处于峰值 关闭显示模式分析仪必须有超过扫描范围可关闭的功能对于探测器不需要校正因子噪声带宽大约是分辨率带宽的 倍噪声标记可自动将结果归一到 噪声带宽的 滤波器产生的结果可与大部分其他分析仪在 的非校正的测量相匹配噪声功率和分析仪带宽当使用频谱分析仪测量噪声时噪声电平随着分辨率带宽的改变而变动 这与测量连续信号不同分辨率带宽的改变不影响连续信号
