專利名稱：增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種增加分辨率的裝置及方法，特別是涉及增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置及方法。
背景技術(shù)：
已知數(shù)字編碼器配合相對應(yīng)分辨率的編碼條(code strip)或編碼輪(code wheel)產(chǎn)生數(shù)字訊號輸出波形。
請參閱圖1，圖1為已知配合編碼條6所產(chǎn)生的數(shù)字訊號輸出波形8的示意圖。已知編碼條6上有多組黑白相間的式樣，圖1編碼條6上斜線的區(qū)域即表示黑色區(qū)域7。編碼條6是由光感測組件來感測編碼條上黑白相間的式樣，并由數(shù)字編碼器產(chǎn)生相對應(yīng)的數(shù)字訊號輸出。當(dāng)感測組件感測到黑色式樣7，則數(shù)字編碼器輸出低電平值(low)波形；相對地，當(dāng)感測組件感測到白色式樣，則數(shù)字編碼器輸出高電平值(high)波形。此類數(shù)字編碼器的輸出波形，可用來控制馬達(dá)移動位置及速度。
已知控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)是利用數(shù)字訊號以及模擬訊號。藉由控制數(shù)字訊號及模擬訊號的分辨率，達(dá)到控制馬達(dá)精確運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。由于數(shù)字訊號為不連續(xù)性訊號，其分辨率較低，因此數(shù)字訊號用于控制馬達(dá)在刻度較大的位置轉(zhuǎn)動。模擬訊號則為連續(xù)性的訊號，其分辨率較高，因此模擬訊號用于控制馬達(dá)在刻度較小的位置轉(zhuǎn)動。藉由數(shù)字訊號以及模擬訊號二者共同運(yùn)作，可精確控制馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。而已知這種利用數(shù)字訊號以及模擬訊號二者共同運(yùn)作的方式，可藉由特殊的控制芯片來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的主要目的在于提高數(shù)字訊號的分辨率并僅利用數(shù)字訊號，以達(dá)到控制馬達(dá)精確運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種增加分辨率的裝置及方法，可以增加數(shù)字編碼器的分辨率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置及方法，其可提高數(shù)字訊號的分辨率，僅根據(jù)數(shù)字編碼器的數(shù)字訊號，而不需使用特殊的組件或復(fù)雜的電路，即可達(dá)到精確控制馬達(dá)的功效。
根據(jù)本發(fā)明的一種增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置，該裝置包含一數(shù)字編碼器、一選擇積分電路、一重置訊號產(chǎn)生電路、一電平轉(zhuǎn)換及放大電路以及一模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器。
數(shù)字編碼器用以輸出一基礎(chǔ)位置訊號。選擇積分電路用以接收基礎(chǔ)位置訊號，并依據(jù)一預(yù)定方式產(chǎn)生一積分訊號。重置訊號產(chǎn)生電路依據(jù)基礎(chǔ)位置訊號用以重置選擇積分電路。電平轉(zhuǎn)換及放大電路用來將選擇積分電路產(chǎn)生的積分訊號作電平轉(zhuǎn)換及放大，以產(chǎn)生一處理訊號。模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器接收處理訊號用以產(chǎn)生一擴(kuò)展位置訊號。擴(kuò)展位置訊號的分辨率大于基礎(chǔ)位置訊號的分辨率。
本發(fā)明的增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置中，擴(kuò)展位置訊號的分辨率大于基礎(chǔ)位置訊號的分辨率。應(yīng)用本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置應(yīng)用于馬達(dá)控制時(shí)，藉由基礎(chǔ)位置訊號控制馬達(dá)在刻度較大的位置轉(zhuǎn)動，并且藉由擴(kuò)展位置訊號來控制馬達(dá)在刻度較小的位置轉(zhuǎn)動，即可實(shí)現(xiàn)精確控制馬達(dá)的功效。
本發(fā)明提供的一種增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置及方法，可提高數(shù)字編碼器原始產(chǎn)生的數(shù)字訊號的分辨率，使得數(shù)字編碼器輸出的數(shù)字訊號的應(yīng)用方式不受限于數(shù)字編碼器原始的設(shè)計(jì)值。相較于已知技術(shù)，本發(fā)明可不需使用特殊的控制芯片或復(fù)雜的電路，即可對數(shù)字編碼器原始輸出的數(shù)字訊號以及提高分辨率的數(shù)字訊號二者加以應(yīng)用。
關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與精神可以藉由以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的詳述得到進(jìn)一步的了解。


圖1為已知配合編碼條所產(chǎn)生的數(shù)字訊號輸出波形的示意圖。
圖2為本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率裝置的系統(tǒng)方塊圖。
圖3為本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率裝置的選擇積分電路的系統(tǒng)方塊圖。
圖4為本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率裝置的重置訊號產(chǎn)生電路的系統(tǒng)方塊圖。
圖5為本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率方法的步驟流程圖。
附圖標(biāo)號說明6編碼條7編碼條上黑色區(qū)域8數(shù)字訊號輸出波形10增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置12數(shù)字編碼器 14選擇積分電路16重置訊號產(chǎn)生電路 18電平轉(zhuǎn)換及放大電路20模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 30基礎(chǔ)位置訊號32第一相位訊號 34第二相位訊號36積分訊號 38重置訊號40反向器 42多工器44反向積分器 46第一反向訊號48第二反向訊號 50選擇訊號60脈沖產(chǎn)生器 62開關(guān)64處理訊號 70擴(kuò)展位置訊號具體實(shí)施方式
請參閱圖2，圖2為本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10的系統(tǒng)方塊圖。本發(fā)明的增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10包含一數(shù)字編碼器12、一選擇積分電路14、一重置訊號產(chǎn)生電路16、一電平轉(zhuǎn)換及放大電路18、以及一模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器20。裝置10用以增加數(shù)字編碼器12的分辨率。數(shù)字編碼器12用以輸出一基礎(chǔ)位置訊號30。在一實(shí)施例中，基礎(chǔ)位置訊號30是由數(shù)字編碼器12配合數(shù)字編碼器12內(nèi)的編碼條(coders trip)的式樣而相對應(yīng)產(chǎn)生?；A(chǔ)位置訊號30包含一第一相位訊號與一第二相位訊號，其中利用數(shù)字編碼器12內(nèi)光感測組件位置的排列，使第一相位訊號與第二相位訊號的相位差為90度。
增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10中，選擇積分電路14用以接收基礎(chǔ)位置訊號30，并依據(jù)一預(yù)定方式產(chǎn)生一積分訊號。重置訊號產(chǎn)生電路16依據(jù)基礎(chǔ)位置訊號30，以重置選擇積分電路14。電平轉(zhuǎn)換及放大電路18用以將選擇積分電路14產(chǎn)生的積分訊號36作電平轉(zhuǎn)換及放大，以產(chǎn)生一處理訊號64。模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器20則用以接收處理訊號64以產(chǎn)生一擴(kuò)展位置訊號70，其中擴(kuò)展位置訊號70的分辨率大于基礎(chǔ)位置訊號30的分辨率。
請參閱圖3，圖3為圖2增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10的選擇積分電路14的系統(tǒng)方塊圖。選擇積分電路14包含一組反向器40、一多工器42以及一反向積分器44。選擇積分電路14所接收基礎(chǔ)位置訊號30包含一第一相位訊號32與一第二相位訊號34，第一相位訊號32與第二相位訊號34的相位差為90度。該組反向器40接收第一相位訊號32與第二相位訊號34，以產(chǎn)生一第一反向訊號46與一第二反向訊號48。多工器42接收第一相位訊號32、第二相位訊號34、第一反向訊號46以及第二反向訊號48，并依據(jù)預(yù)定方式選擇性地輸出一選擇訊號50。反向積分器44接收多工器42輸出的選擇訊號50進(jìn)行積分，以產(chǎn)生積分訊號36。
以下說明選擇積分電路14所依據(jù)的預(yù)定方式選擇性地輸出選擇訊號50。當(dāng)?shù)谝幌辔挥嵦?2為一高電平值且第二相位訊號34為一低電平值時(shí)，選擇訊號50即是第一相位訊號32。當(dāng)?shù)谝幌辔挥嵦?2及第二相位訊號34皆為高電平值時(shí)，選擇訊號50即是第二相位訊號34。當(dāng)?shù)谝幌辔挥嵦?2為低電平值且第二相位訊號34為高電平值時(shí)，選擇訊號50即是第一反向訊號46。當(dāng)?shù)谝幌辔挥嵦?2與第二相位訊號34皆為低電平值時(shí)，選擇訊號50即是第二反向訊號48。
請參閱圖4，圖4為圖2增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10的重置訊號產(chǎn)生電路16的系統(tǒng)方塊圖。重置訊號產(chǎn)生電路16包含一脈沖產(chǎn)生器60以及一開關(guān)62。脈沖產(chǎn)生器60接收基礎(chǔ)位置訊號30，以產(chǎn)生一重置訊號38。開關(guān)62則接收重置訊號38，以重置選擇積分電路14。當(dāng)重置訊號38為一高電平值時(shí)，開關(guān)62關(guān)閉使選擇積分電路14所產(chǎn)生的積分訊號36進(jìn)行放電，用以重置選擇積分電路14。
在一實(shí)施例中，數(shù)字編碼器12用以控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動，而基礎(chǔ)位置訊號30的分辨率為數(shù)字編碼器原始的設(shè)計(jì)值。利用本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10，藉由選擇積分電路14、重置訊號產(chǎn)生電路16、電平轉(zhuǎn)換及放大電路18以及模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器20，數(shù)字編碼器12所輸出的基礎(chǔ)位置訊號30用以產(chǎn)生擴(kuò)展位置訊號70，并且擴(kuò)展位置訊號70的分辨率大于基礎(chǔ)位置訊號30的分辨率。利用本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率裝置10，由基礎(chǔ)位置訊號30控制馬達(dá)在刻度較大的位置轉(zhuǎn)動，并且由擴(kuò)展位置訊號70控制馬達(dá)在刻度較小的位置轉(zhuǎn)動。通常擴(kuò)展位置訊號使用在欲將馬達(dá)停止的時(shí)候。由于要控制馬達(dá)精準(zhǔn)地停在正確的位置，因此必須使用分辨率高的擴(kuò)展位置訊號來控制馬達(dá)，如此即可達(dá)到精確地控制馬達(dá)的功效。
在另一實(shí)施例中，數(shù)字編碼器12的分辨率為200LPI(line per inch)，且其相對應(yīng)的編碼條或編碼輪上，每一英時(shí)中黑白相間的組數(shù)(line pairnumber)有200對。若數(shù)字編碼器每一相變化可得到4倍的分辨率，即每一英時(shí)有800個(gè)位置變化(200*4＝800)。在此實(shí)施例中，模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器20可選擇為8位(bit)，因此在200LPI的數(shù)字編碼器上，最大可以達(dá)到每一英時(shí)有204800個(gè)位置變化(200*4*28＝204800)，達(dá)到提高分辨率的目的。
請參閱圖5，圖5為本發(fā)明增加數(shù)字編碼器12分辨率方法的步驟流程圖。本發(fā)明亦提供一種增加數(shù)字編碼器分辨率方法，以下并且利用圖2所示的數(shù)字編碼器12加以說明。如圖5所示，本發(fā)明增加數(shù)字編碼器12分辨率的方法包含下列步驟S80產(chǎn)生一基礎(chǔ)位置訊號30，其包含一第一相位訊號32與一第二相位訊號34；S82接收第一相位訊號32與第二相位訊號34，以產(chǎn)生一第一反向訊號46、一第二反向訊號48以及一重置訊號38；S84接收第一相位訊號32、第二相位訊號34、第一反向訊號46以及第二反向訊號48，并依據(jù)一預(yù)定方式選擇性地輸出一選擇訊號50；S86接收選擇訊號50并且對選擇訊號50進(jìn)行積分，以產(chǎn)生一積分訊號36；S88利用重置訊號38周期性地將積分訊號36進(jìn)行放電。
S90將積分訊號36作電平轉(zhuǎn)換及放大，產(chǎn)生一處理訊號64；S92利用處理訊號64，產(chǎn)生一擴(kuò)展位置訊號70。
上述步驟S82至S88，即是依據(jù)基礎(chǔ)位置訊號30以產(chǎn)生積分訊號36，并周期性地將積分訊號36進(jìn)行放電；而積分訊號36在重置訊號38為高電平值時(shí)進(jìn)行放電。至于步驟S86中，選擇性地輸出選擇訊號50所根據(jù)的預(yù)定方式是與上述積分電路14所依據(jù)的預(yù)定方式相同，在此不再贅述。
本發(fā)明的增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置或方法，可產(chǎn)生分辨率大于基礎(chǔ)位置訊號的擴(kuò)展位置訊號。本發(fā)明的增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置可應(yīng)用于馬達(dá)控制，藉由基礎(chǔ)位置訊號控制馬達(dá)在刻度較大的位置轉(zhuǎn)動，并且藉由擴(kuò)展位置訊號來控制馬達(dá)在刻度較小的位置轉(zhuǎn)動。因此相較于已知技術(shù)，利用本發(fā)明增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置或方法，數(shù)字編碼器輸出的位置訊號的分辨率可不受限于原始的設(shè)計(jì)值，而可利用數(shù)字編碼器原始的數(shù)字訊號(基礎(chǔ)位置訊號)控制刻度大的位置，并且利用提高分辨率的數(shù)字訊號(擴(kuò)展位置訊號)來控制刻度小的位置；因此僅根據(jù)數(shù)字編碼器的數(shù)字訊號，即可實(shí)現(xiàn)精確控制馬達(dá)的功效。也因此本發(fā)明不需使用特殊的控制芯片或復(fù)雜的電路。
藉由以上較佳具體實(shí)施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所披露的較佳具體實(shí)施例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明的權(quán)利要求的范疇內(nèi)。因此，本發(fā)明的權(quán)利要求的范疇?wèi)?yīng)根據(jù)上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
權(quán)利要求
1.一種增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置，該裝置包含一數(shù)字編碼器，用以輸出一基礎(chǔ)位置訊號；一選擇積分電路，用以接收該基礎(chǔ)位置訊號，并依據(jù)一預(yù)定方式產(chǎn)生一積分訊號；一重置訊號產(chǎn)生電路，依據(jù)該基礎(chǔ)位置訊號用以重置該選擇積分電路；一電平轉(zhuǎn)換及放大電路，將該選擇積分電路產(chǎn)生的該積分訊號作電平轉(zhuǎn)換及放大，以產(chǎn)生一處理訊號；以及一模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，接收該處理訊號用以產(chǎn)生一擴(kuò)展位置訊號，其中該擴(kuò)展位置訊號的分辨率大于該基礎(chǔ)位置訊號的分辨率。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該重置訊號產(chǎn)生電路包含一脈沖產(chǎn)生器，接收該基礎(chǔ)位置訊號用以產(chǎn)生一重置訊號；以及一開關(guān)，接收該重置訊號用以重置該選擇積分電路。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，當(dāng)該重置訊號為一高電平值時(shí)，該開關(guān)關(guān)閉使該選擇積分電路所產(chǎn)生的該積分訊號進(jìn)行放電，用以重置該選擇積分電路。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，該基礎(chǔ)位置訊號包含一第一相位訊號與一第二相位訊號，其中該第一相位訊號與該第二相位訊號的相位差為90度。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中該選擇積分電路包含一組反向器，該組反向器接收該第一相位訊號與該第二相位訊號，以產(chǎn)生一第一反向訊號與一第二反向訊號；一多工器，該多工器接收該第一相位訊號、該第二相位訊號、該第一反向訊號與該第二反向訊號，并依據(jù)該預(yù)定方式選擇性地輸出一選擇訊號；以及一反向積分器，該反向積分器用來接收該多工器輸出的該選擇訊號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生該積分訊號。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中該預(yù)定方式當(dāng)該第一相位訊號為一高電平值且該第二相位訊號為一低電平值時(shí)，該選擇訊號即是該第一相位訊號；當(dāng)該第一相位訊號及該第二相位訊號皆為該高電平值時(shí)，該選擇訊號即是該第二相位訊號；當(dāng)?shù)谝幌辔挥嵦枮樵摰碗娖街登以摰诙辔挥嵦枮樵摳唠娖街禃r(shí)，該選擇訊號即是該第一反向訊號；當(dāng)該第一相位訊號與該第二相位訊號皆為該低電平值時(shí)，該選擇訊號即是該第二反向訊號。
7.一種增加數(shù)字編碼器分辨率的方法，該方法包含下列步驟(a)產(chǎn)生一基礎(chǔ)位置訊號；(b)依據(jù)該基礎(chǔ)位置訊號并以一預(yù)定方式，產(chǎn)生一積分訊號，并且周期性地將該積分訊號進(jìn)行放電；(c)將該積分訊號作電平轉(zhuǎn)換及放大，產(chǎn)生一處理訊號；(d)利用該處理訊號，產(chǎn)生一擴(kuò)展位置訊號，其中該擴(kuò)展位置訊號的分辨率大于該基礎(chǔ)位置訊號的分辨率。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，該基礎(chǔ)位置訊號包含一第一相位訊號與一第二相位訊號，其中該第一相位訊號與該第二相位訊號的相位差為90度。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該(b)步驟包含(b1)接收該第一相位訊號與該第二相位訊號，以產(chǎn)生一第一反向訊號、一第二反向訊號與一重置訊號；(b2)接收該第一相位訊號、該第二相位訊號、該第一反向訊號與該第二反向訊號，并依據(jù)該預(yù)定方式選擇性地輸出一選擇訊號；(b3)接收該選擇訊號并且對該選擇訊號進(jìn)行積分，以產(chǎn)生一積分訊號；以及(b4)利用該重置訊號周期性地將該積分訊號進(jìn)行放電。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，該積分訊號在該重置訊號為一高電平值時(shí)進(jìn)行放電。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該預(yù)定方式當(dāng)該第一相位訊號為一高電平值且該第二相位訊號為一低電平值時(shí)，該選擇訊號即是該第一相位訊號；當(dāng)該第一相位訊號及該第二相位訊號皆為該高電平值時(shí)，該選擇訊號即是該第二相位訊號；當(dāng)?shù)谝幌辔挥嵦枮樵摰碗娖街登以摰诙辔挥嵦枮樵摳唠娖街禃r(shí)，該選擇訊號即是該第一反向訊號；當(dāng)該第一相位訊號與該第二相位訊號皆為該低電平值時(shí)，該選擇訊號即是該第二反向訊號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種增加數(shù)字編碼器分辨率的裝置及其方法。該裝置包含一數(shù)字編碼器用以輸出一基礎(chǔ)位置訊號。該裝置另包含一選擇積分電路用以接收基礎(chǔ)位置訊號并依據(jù)一預(yù)定方式產(chǎn)生一積分訊號，一重置訊號產(chǎn)生電路用以依據(jù)基礎(chǔ)位置訊號以重置選擇積分電路，一電平轉(zhuǎn)換及放大電路用以將積分訊號作電平轉(zhuǎn)換及放大以產(chǎn)生一處理訊號，以及一模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器用以接收處理訊號以產(chǎn)生一擴(kuò)展位置訊號。該裝置中，擴(kuò)展位置訊號的分辨率大于基礎(chǔ)位置訊號的分辨率，并藉以增加數(shù)字編碼器的分辨率。
文檔編號H02P6/16GK1734927SQ200410056690
公開日2006年2月15日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者洪浩峰 申請人:明基電通股份有限公司