CN103335597B - 光栅尺光电传感器 - Google Patents
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Abstract
光栅尺光电传感器，涉及专用集成电路开发领域，解决现有光栅尺采用多个分立的光敏感单元进行位置测量，存在占用面积大，系统集成度低，故障率高，并且存在光电传感器设计效率低等问题，包括光敏感单元阵列、读出电路、参数导入系统和电荷转移模块，该传感器的参数导入系统能够按照约定的串行通信协议接收参数，也能够直接将外部输入的并行参数传递给读出电路，在无法串行接收参数时，该系统同样能完成参数传递工作，保证读出电路的正常工作，提高了设计效率。同时，本发明将参数导入系统传递给读出电路的参数输出到光栅尺光电传感器外部，可以方便的检测参数导入系统是否工作正常，提高了光栅尺光电传感器的测试效率。
Description
技术领域
本发明涉及专用集成电路开发领域，具体涉及光栅尺光电传感器的开发。
背景技术
光栅尺因其测量精度高、量程大、成本低等优点被广泛应用于机加行业。光栅尺主要由光源、主光栅、指示光栅、光电传感器以及信号处理电路组成。光电传感器将经过主光栅、指示光栅调制后的光学信号转化为电信号，信号处理电路通过处理该电信号得到位置信息。
光栅尺可以通过增量测量方法或是绝对测量方法来得到位置信息，增量测量方法通过获取四裂相莫尔信号来实现位置测量；绝对测量方法通过获取主光栅上的位置编码信号来得到粗略位置，然后结合四裂相莫尔信号，得到精细位置。这两种测量方法都需要多个光敏感单元来接收光学信号。目前低端光栅尺通常采用多个分立的光敏感单元来进行位置测量，这种方法占用面积大，系统集成度低，故障率高。
光栅尺光电传感器将多个光敏感单元及其处理电路集成在一个硅片上，从而达到降低占用面积、提高系统集成度以及可靠性的目的，因此被广泛应用在中高端光栅尺产品中。通常光栅尺光电传感器采用串行通信的方式接收外部参数，例如放大倍数等，需要在其内部集成参数导入系统，完成串行/并行转换、数据存储以及数据提取等功能。
由于集成电路的设计较为复杂，加工周期较长，加工费用高且加工完成后无法修改，所以通常需要三轮以上的设计、加工、测试，才能保证该集成电路功能正确，通常每轮周期都不少于6个月。参数导入系统需要向读取电路提供参数，如果其工作不正常，不但会影响光栅尺光电传感器的正常工作，而且会影响到读取电路的测试，大大降低设计效率。
发明内容
本发明为解决现有光栅尺采用多个分立的光敏感单元进行位置测量，存在占用面积大，系统集成度低，故障率高，并且存在光电传感器设计效率低等问题，提供一种光栅尺光电传感器。
光栅尺光电传感器，包括光敏感单元阵列、读出电路、参数导入系统和电荷转移模块，所述光敏感单元阵列由多个光敏感单元组成，所述电荷转移模块存储每个光敏感单元产生的光生电荷，并将每个光敏感单元产生的光生电荷按排列顺序依次输出至读出电路，所述参数导入系统以串行或并行的方式接收外部参数，并将外部参数以并行的方式传送至读出电路；所述读出电路根据接收的外部参数将光生电荷转换为电压信号输出；
所述参数导入系统包括控制模块、串行/并行转换模块、存储模块和选择模块；当参数导入系统以串行的方式接收外部参数时，串行/并行转换模块将串行数据按照串口通信协议转化为并行数据存入存储模块，当存储模块中存储数据的数量和光敏感单元的数量相同时，存储模块根据控制模块提供的地址输出将数据输出至选择模块，选择模块将数据输出至读出电路。
本发明的有益效果：本发明所述的光栅尺光电传感器，该传感器的参数导入系统能够按照约定的串行通信协议接收参数，也能够直接将外部输入的并行参数传递给读出电路，在无法串行接收参数时，该系统同样能完成参数传递工作，保证读出电路的正常工作，提高了设计效率。同时，本发明将参数导入系统传递给读出电路的参数输出到光栅尺光电传感器外部，可以方便的检测参数导入系统是否工作正常，提高了光栅尺光电传感器的测试效率。
附图说明
图1为本发明所述的光栅尺光电传感器的结构图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，光栅尺光电传感器，包括光敏感单元阵列1、读出电路2、参数导入系统3和电荷转移模块4，其中光敏感单元阵列1包括26个光敏感单元，参数导入系统3包括控制模块31、串行/并行转换模块32、存储模块33、选择模块34和缓冲模块35；
所述光敏感单元阵列1将光敏感单元产生的光生电荷101～126传递给电荷转移模块4，电荷转移模块4按照读取时钟302将光敏感单元产生的光生电荷101～126依次传递给读出电路，读出电路2根据参数导入系统3提供的参数341将光生电荷101～126转换为电压信号201输出。
所述控制模块31和串行/并行转换模块32共用写时钟303和复位信号304，当读/写控制301信号为写有效电平H时，控制模块31将存储模块时钟311与写时钟303保持一致，保持存储使能312为存储有效电平H；控制模块31接收串行/并行转换模块32传递过来的并行数据321，随后通过操作存储模块时钟311，存储使能312，存储地址313，存储数据314，将并行数据321写入到存储模块33中；存储地址313初值为I，每写入一次数据，控制模块31将存储地址313加1。当读/写控制301信号为读有效电平L时，控制模块31将存储模块时钟311与读时钟302保持一致，保持存储使能312为存储无效电平L，存储地址313初值为I，每当读时钟302有效沿来临的时候，控制模块31将存储地址313加1。
所述串行/并行转换模块32和控制模块31共用写时钟303和复位信号304，串行/并行转换模块32按照约定的协议将串行数据305转换为并行数据321，在本实施例中，采用串口通信协议。
在存储使能312为存储有效电平H时，存储模块33在存储模块时钟311有效沿来临时，将存储地址313中的数据更新为存储数据314。
在存储使能312为存储无效电平L时，存储模块33在存储模块时钟311有效沿来临时，将存储地址313中的数据更新到存储输出331上。
当选择信号306为串行导入有效电平H时，选择模块34保持选择输出341与存储输出331一致。
当选择信号306为并行导入有效电平L时，选择模块34保持选择输出341与外部并行输入307一致。
缓冲模块35将缓冲输出351和选择输出341保持一致。
电荷转移模块4接收并存储光敏感单元产生的光生电荷，根据读取时钟有效沿，电荷转移模块依次输出光敏感单元产生的光生电荷。
本实施方式中H为高电平，L为低电平，I为0，时钟有效沿定义为上升沿。
当对参数导入系统3进行测试时，设置选择信号306为串行导入有效电平H，预先通过串行导入一组已知的数据，然后通过检测缓冲输出351与已知数据的一致性，可以方便、有效的检测出参数导入系统3中控制模块31、串行/并行转换模块32、存储模块33三者工作的正确性。如果经测试发现以上三者工作正确，那么就无需将外部并行输入307引到专用集成电路封装外部，从而减小了封装体积；如果经测试发现以上三者工作错误，那么可以将外部并行输入307引到专用集成电路封装外部，并将当选择信号306设置为并行导入有效电平L，从而使选择模块34保持选择输出341与外部并行输入307一致，从而达到相同的参数导入效果。
由此可见，通过本实施方式，可以方便的检测出参数导入系统内部模块工作的正确性，并且在其部分模块的设计出现错误导致参数无法正确传递时，能够通过直接将外部参数传递给读出电路，保证参数传递正确，不影响整体光栅尺光电传感器的功能，提高了光栅尺光电传感器的设计效率。
Claims (3)
1.光栅尺光电传感器，包括光敏感单元阵列(1)、读出电路(2)、参数导入系统(3)和电荷转移模块(4)，所述光敏感单元阵列(1)由多个光敏感单元组成，所述电荷转移模块(4)存储每个光敏感单元产生的光生电荷，并将每个光敏感单元产生的光生电荷按排列顺序依次输出至读出电路(2)；其特征是，所述参数导入系统(3)以串行或并行的方式接收外部参数，并将外部参数以并行的方式传送至读出电路(2)；所述读出电路(2)根据接收的外部参数将光生电荷转换为电压信号输出；
所述参数导入系统(3)包括控制模块(31)、串行/并行转换模块(32)、存储模块(33)和选择模块(34)；当参数导入系统(3)以串行的方式接收外部参数时，串行/并行转换模块(32)将串行数据按照串口通信协议转化为并行数据存入存储模块(33)，当存储模块(33)中存储数据的数量和光敏感单元的数量相同时，存储模块(33)根据控制模块(31)提供的地址输出将数据输出至选择模块(34)，选择模块(34)将数据输出至读出电路(2)。
2.根据权利要求1所述的光栅尺光电传感器，其特征在于，当参数导入系统(3)以并行的方式接收外部参数时，选择模块(34)将外部参数传送至读出电路(2)。
3.根据权利要求1所述的光栅尺光电传感器，其特征在于，所述参数导入系统(3)还包括缓冲模块(35)，所述选择模块(34)传送至读出电路(2)的数据通过缓冲模块(35)输出到光栅尺光电传感器外部。
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