CN109768755A - 半导体装置、角度值校正电路及其方法 - Google Patents

半导体装置、角度值校正电路及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体装置、角度值校正电路及其方法。为了在不增加电路尺寸的情况下校正旋转角度值，旋转周期测量单元测量旋转轴的旋转周期，其中通过使用输出与旋转轴的旋转角度相对应的信号的旋转变压器来检测旋转角度。旋转速度计算单元基于旋转周期计算旋转轴的旋转速度。加速度计算单元计算当旋转轴的给定旋转角度被分成2n+1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率，其中n是1或更大的整数。估计角度计算单元基于旋转速度和旋转速度的变化率假设旋转轴执行匀加速运动来计算旋转角度估计值。校正值计算单元计算从旋转变压器的输出信号转换的旋转角度值的校正值。校正值应用单元通过将校正值应用于旋转角度值来生成经过校正的角度值。

Description

半导体装置、角度值校正电路及其方法
相关申请的交叉引用
2017年11月9日提交的日本专利申请第2017-216145号的公开内容，包括说明书、附图和摘要，通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明涉及半导体装置和角度值校正电路。特别地，本发明涉及例如具有例如基于旋转变压器(resolver)的输出信号校正旋转角度值的功能的半导体装置以及角度值校正电路。
此外，本发明涉及角度值校正方法。特别地，本发明涉及例如校正旋转角度值的角度值校正方法。
背景技术
专利文献1(日本未审查专利申请公开第2012-029547号)公开了一种用于车辆行驶的电机控制装置。这种用于车辆行驶的电机控制装置包括误差校正单元，所述误差校正单元校正由作为电机旋转角度检测装置的旋转变压器检测到的角度的误差。误差校正单元执行用于在没有来自电机的过去旋转周期的误差的情况下估计真实角度(以下也称为估计角度)的校正处理，以将从旋转变压器输出的实际检测角度(以下也称为实际角度)近似为估计角度。
当电机以恒定旋转速度均匀旋转时，估计角度相对于时间线性变化。另一方面，当电机加速或减速时，估计角度随时间曲线变化。为了计算曲线中的估计角度，误差校正单元计算旋转周期的时间变化，然后通过使用计算出的时间变化来计算估计角度。更具体地，误差校正单元首先通过假设电机以恒定速度旋转来计算线性估计角度。接下来，误差校正单元根据旋转周期的时间变化为速度的增加或减少添加校正值，以计算曲线中的估计角度。在日本未审查专利申请公开第2012-029547号中，预先准备了一个表，该表存储了旋转周期的每一次变化的速度增加或减少的校正值。使用所准备的表计算曲线中的估计角度。
发明内容
然而，由于在日本未审查专利申请公开第2012-029547号中使用了预先准备的表，因此本发明人发现了一个问题，即在日本未审查专利申请公开第2012-029547号中公开的技术中，在电路设计完成之后，很难改变校正的精度。
更具体地，在日本未审查专利申请公开第2012-029547号中，例如，当校正值在旋转周期的时间变化为1％时存储在表中，并且如果希望将表改变成其中校正值在旋转周期的时间变化为0.5％时存储的另一个表，则时间变化的确定方法是一个问题。可以有两种确定方法。一种方法使用根据所准备的表预先生成用于确定的组合电路。另一种方法使用除法器计算旋转周期的时间变化。在这些方法中，使用组合电路进行确定的方法当表改变时需要重建组合电路进行确定。因此，为了能够根据所需的校正精度自由地改变表的大小，有必要采用使用除法器的方法。然而，在这种情况下，出现了电路尺寸增加的问题。
从本说明书和附图的描述中，其它问题和新颖特征将变得显而易见。
根据实施例，角度值校正电路包括：加速度计算单元，其当旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时，计算每个间隔的旋转速度的变化率；估计角度计算单元，其通过假设旋转轴执行匀加速运动来计算旋转角度估计值；和校正值应用单元，其通过将基于旋转角度值和旋转角度估计值计算的校正值应用于旋转角度值来生成经过校正的角度值。
根据上述实施例，可以在不增加电路尺寸的情况下校正旋转角度值。
附图说明
图1是示出包括根据第一实施例的半导体装置的电机控制装置的框图；
图2是示出从RDC输出的旋转角度值以及没有误差的理想角度的曲线图；
图3是示出校正电路的构成示例的框图；
图4是示出当旋转轴进行两次旋转时旋转速度的变化的曲线图；
图5是示出校正电路中的计算定时的定时图；
图6是示出加速度计算单元的构成示例的框图；
图7是示出实际角度值和旋转角度估计值的曲线图；
图8是示出实际角度值和经过校正的角度值的曲线图；
图9是示出在第二实施例中使用的校正电路的构成示例的框图；
图10是示出用于计算低速旋转中的实际角度值和估计角度值的间隔的示例的曲线图；
图11是示出用于计算中速旋转中的实际角度值和估计角度值的间隔的示例的曲线图；
图12是示出用于计算高速旋转中的实际角度值和估计角度值的间隔的示例的曲线图；和
图13是示出用于计算一个旋转周期中的实际角度值和估计角度值的间隔的示例的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述使用用于解决上述问题的装置的实施例。下面的描述和附图被适当地省略和简化以阐明解释。此外，图中示出为用于执行各种处理的功能块的每个元件可以配置有CPU(中央处理单元)、存储器或硬件方面的其它电路，并且通过软件方面加载到存储器中的程序等来实现。因此，本领域技术人员应当理解，功能块可以仅通过硬件、仅通过软件或通过它们的组合以各种形式实施，并且实施方法不限于这些形式中的一种。应当注意，在所有附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且相应地省略其重复描述。
此外，上述程序可以通过使用各种类型的非暂时性计算机可读介质来存储，并且可以提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包括各种类型的有形记录介质。非暂时性记录介质的示例包括磁记录介质(例如，软盘、磁带、硬盘)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(只读存储器)、CD-R、CD-R/W和半导体存储器(例如，掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM和RAM(随机存取存储器))。也可以通过各种类型的暂时性计算机可读介质向计算机提供程序。暂时性计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂时性计算机可读介质可以通过有线通信路径诸如电线和光纤，或者通过无线通信路径，向计算机提供程序。
在下面的实施例中，为了方便起见，当需要时，通过将本发明分成多个部分或实施例来描述本发明。然而，除非另有明确声明，否则这些部分或实施例并非彼此无关，其中一个用作另一个的部分或全部的变型、应用、详细描述或补充说明。此外，在下面的实施例中，当提及元件的数量(包括件数、数值、量、范围等)时，元件的数量不限于特定的数量，除非另有明确声明，并且除了诸如该数量原则上明确限于特定数量的情况之外。元件的数量可以大于或小于特定数量。
此外，在下面的实施例中，除非另有明确声明，并且除了例如原则上认为清楚需要的情况之外，不一定需要部件(包括操作步骤等)。此外，在下面的实施例中，当提及部件等的形状、位置关系或其它特性时，包括那些基本上近似或类似于该形状或其它特性的部件，除非另有明确声明，并且除了诸如它们被明确认为原则上不被包括的情况。这也适用于上述数量等(包括件数、数值、量、范围等)。
第一实施例
图1示出了包括根据第一实施例的半导体装置的电机控制装置。电机控制装置100包括旋转变压器101、逆变器电路102、RDC(旋转变压器到数字转换器)104、校正电路105、微控制器106和电机控制定时器107。RDC 104、校正电路105、微控制器106和电机控制定时器107被配置为例如半导体装置103。逆变器电路102、微控制器106和电机控制定时器107配置电机驱动控制单元。
电机控制装置100控制电机200的旋转驱动。电机200被配置为同步电机，诸如例如永磁同步电机。例如，电机200包括具有多个磁极的永磁体的转子，以及具有多个相位的线圈的定子。电机200例如安装在车辆上并用于车辆的行驶驱动。电机200的用途和类型没有特别限制，例如，电机200可以用于除车辆行驶驱动之外的用途。
旋转变压器101根据电机200的旋转轴的旋转角度输出信号。旋转变压器101是能够测量电机200的旋转轴的角度位置的电子机械传感器。例如，旋转变压器101具有与旋转轴一起旋转的转子以及定子。旋转变压器101在转子侧具有一个初级绕组，在定子侧具有两个次级绕组。旋转变压器101被配置为使得转子和定子之间的电抗根据转子的旋转角度而变化，从而根据电机200的旋转轴的旋转角度输出电信号。旋转变压器101的类型没有特别限制，可变磁阻旋转变压器可以用于旋转变压器101。
RDC 104是角度值转换电路，其将旋转变压器101的输出信号转换成指示电机200的旋转轴的旋转角度的旋转角度值。RDC 104输出例如数字值(旋转角度值)，该数字值在电机200的旋转轴从参考旋转角度位置旋转一次时的周期期间从0连续变化到预定值。在下面的描述中，假设参考旋转角度位置是0度，并且旋转角度值由12位的无符号整数表示。校正电路(角度值校正电路)105校正从RDC 104输出的旋转角度值，然后输出校正的角度值。
逆变器电路102耦合到电机200的定子的多个线圈中的每一个。逆变器电路102包括例如多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，并且具有多个推挽输出电路，每个推挽输出电路具有耦合到定子的相应线圈的驱动端子。电机控制定时器107通过逆变器电路102控制定子的每个不同相位线圈的通电。
微控制器106通过使用由校正电路105校正的经过校正的角度值来控制电机200的旋转驱动。微控制器106例如从电机200的定子中的一相线圈向另一相线圈提供激励电流。微控制器106根据从校正电路105输入的经过校正的角度值等确定电机200的通电相位。然后，微控制器106向电机控制定时器107传输控制信号。也可以微控制器106通过确定电机200的转数来控制电机200的旋转驱动，例如通过使用从加速器传感器、制动器传感器或未示出的类似传感器获得的信息来控制电机200的旋转驱动。
[角度误差]
图2示出了从RDC 104输出的旋转角度值，以及没有误差的理想角度。在图2中，曲线图(a)示出了初级误差，曲线图(b)示出了次级误差。例如，当旋转轴以恒定旋转速度执行均匀旋转运动时，旋转角度(理想角度)相对于时间线性变化。然而，当在从RDC 104输出的旋转角度值中包括相对于旋转轴的一个旋转具有一个周期的周期性的误差时，旋转角度值不会如曲线图(a)所示相对于时间线性变化。此外，当在从RDC 104输出的旋转角度值中包括相对于旋转轴的一个旋转具有两个周期的周期性的误差时，旋转角度值不会如曲线图(b)所示相对于时间线性变化。
校正电路105执行校正以将从RDC 104输出的旋转角度值(以下也称为实际角度值)近似为理想角度值。例如，校正电路105在预定校正点获得理想角度(作为理想角度的估计的估计角度)和作为检测值的实际角度值之间的差。然后，强制电路105以该差作为校正值来校正实际角度值。当校正初级误差时，可以通过至少每90度旋转获得估计角度和校正值来减小实际角度值的误差。当校正次级误差时，可以通过每45度获得估计角度和校正值来减小实际角度值的误差。
通常，可以通过每360°/2n+1获得估计角度和校正值来校正n阶误差，其中n是正整数。这意味着，当通过将360度除以2的幂所获得的角度单位获得估计角度时，可以被校正的n阶误差的n的最大值被唯一地确定。通过利用这种性质，本实施例以360度除以2的幂所获得的角度为单位获得旋转角度估计值，然后获得估计值和实际角度值之间的差作为校正值。
[校正电路]
图3示出了校正电路105的构成示例。校正电路105包括旋转周期测量单元151、旋转速度计算单元152、加速度计算单元153、估计角度计算单元154、校正值计算单元155和校正值应用单元156。旋转周期测量单元151从RDC 104输入旋转角度值(实际角度值)以及指示旋转角度处于原始位置的0度检测信号。旋转周期测量单元151测量电机200的旋转轴的旋转周期。旋转周期测量单元151测量旋转轴旋转给定旋转角度所需的时间。
旋转周期测量单元151测量例如从当从RDC 104输入0度检测信号时到当输入下一个0度检测信号时的时间。然后，旋转周期测量单元151计算旋转轴旋转360度(一个周期)所需的时间作为旋转周期。旋转周期测量单元151包括例如基于预定频率的时钟信号操作的计数器。计数器的计数值对应于时间。
旋转速度计算单元152基于由旋转周期测量单元151测量的旋转周期来计算电机200的旋转轴的旋转速度。例如，旋转速度计算单元152每次在旋转轴做出一个旋转时计算旋转速度。加速度计算单元153基于由旋转速度计算单元152计算的旋转速度，计算当旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率。在下面的描述中，假设给定旋转角度是360度(一个旋转)。此外，为了方便起见，每间隔旋转速度的变化率也称为加速度。
[旋转速度的变化率(加速度)]
图4示出了旋转轴做出两个旋转时的周期期间旋转速度的变化。在图4中，纵轴表示旋转速度，横轴表示时间。例如，在由旋转周期测量单元151测量的周期中，第一旋转周期被假设为T1，第二旋转周期被假设为T2。假设电机200的旋转轴执行均匀的加速运动，即，旋转速度在每个周期中以恒定速率加速或减速。在这种情况下，每个周期中间的旋转速度等于每个周期的平均速度。当旋转角度值由0到4095之间的值表示时，第一周期中的旋转速度V1计算如下：V1＝4096/T1，第二周期中的旋转速度V2计算如下：V2＝4096/T2。例如，每次电机200的旋转轴做出一个旋转时，加速度计算单元153基于最后一个周期中的旋转速度以及前一周期中的旋转速度来计算加速度。
这里，“加速度”是表示每单位时间的速度变化率的物理量，其可以作为速度变化量与速度变化时间的比率来获得。在图4的示例中，加速度可以如下获得：(V2-V1)/{(T1+T2)/2}。在本实施例中，假设在旋转轴做出一个旋转时的周期期间旋转速度从V1变化到V2，每间隔的旋转速度变化率是作为一个间隔是360°/2n+1的加速度而不是每单位时间的旋转速度变化率获得的。更具体地说，获得a＝(V2-V1)/2n+1作为加速度。
回到图3，旋转周期测量单元151测量从当从RDC 104输入0度检测信号时到当实际角度值是对应于360°/2n+1的k倍的值时的时间，其中k是1到2n+1的整数。估计角度计算单元154基于旋转轴的旋转速度以及上述加速度，假设旋转轴执行均匀的加速运动，计算旋转角度估计值(估计角度值)，该旋转角度估计值是旋转轴的旋转角度的估计值。估计角度计算单元154计算例如在实际值是对应于通过将360度除以2n+1而获得的角度的整数倍的值的时间(点)的旋转角度估计值。
校正值计算单元155基于由RDC 104输出的实际角度值以及由估计角度计算单元154计算的旋转角度估计值来计算旋转角度值的校正值。例如，校正值计算单元155计算实际值和旋转角度估计值之间的差作为当实际角度值是对应于通过将360度除以2n+1而获得的角度的整数倍的值时的校正值。校正值应用单元156通过将校正值计算单元155计算的校正值应用于RDC 104输出的实际角度值来生成经过校正的角度值。
[操作定时]
图5示出了校正电路中的操作定时。在图5中，i是指示与旋转轴的一个旋转相对应的旋转周期的编号的2或更大的整数。当第i-1周期完成时，旋转周期测量单元151测量从第i-1周期的开始时间到结束时间的时间作为旋转周期。然后，旋转速度计算单元152基于测量的旋转周期来计算第i-1周期的旋转速度Vi-1。类似地，关于第i周期，旋转周期测量单元151计算第i周期的旋转周期，然后旋转速度计算单元152计算第i周期的旋转速度Vi。
当计算了第i周期的旋转速度Vi时，加速度计算单元153基于第i-1周期的旋转速度Vi-1和第i周期的旋转速度Vi之间的差来计算第i周期中的加速度ai。更具体地，加速度计算单元153通过以下等式计算加速度ai：
ai＝(Vi-Vi-1)/2n+1
假设旋转轴以由计算单元153计算的加速度ai执行匀加速运动，则估计角度计算单元154通过使用匀加速运动的公式来计算当旋转角度值(实际角度值)是与通过将360度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值时的旋转角度估计值。例如，通过假设k是与每个划分间隔的编号相对应的从1到2n+1的整数，ti(k)是旋转角度值从初始值达到与(360°/2n +1)×k相对应的值所需的时间，估计角度计算单元154通过以下等式计算实际角度值在第i周期中是360°/2n+1的k倍时的旋转角度估计值Yi(k)：
Yi(k)＝Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k-2n+1)
校正值计算单元155计算由估计角度计算单元154计算的旋转角度估计值Yi(k)与实际值之间的差作为校正值。更具体地，校正值计算单元155通过以下等式计算当实际角度值是与第i周期中的旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的校正值Si(k)：
Si(k)＝[与(360°/2n+1)×k相对应的值]-Yi(k)
校正值Si(k)的计算在第i周期完成后进行。校正值应用单元156通过将关于第i周期计算的校正值Si(k)应用于在第i+1周期中获得的实际角度值来生成经过校正的角度值。当计算出校正值Si(k)时，校正值应用单元156可以开始应用校正值，而不是直到在第i周期完成之后计算出校正值Si(k)时才应用校正值。当第i+1周期完成时，类似于第i周期的情况，执行旋转速度Vi+1的计算、加速度ai+1的计算、旋转角度估计值Yi+1(k)的计算以及校正值Si+1(k)的计算。将获得的校正值Si+1(k)应用于第i+2周期中的实际角度值。
[加速度计算单元]
当在电路中执行加速度的计算时，可以不使用除法器来执行除法部分的计算。图6示出了加速度计算单元153的构成示例。加速度计算单元153包括数字匹配电路131、减法器132、减法器133和寄存器134。这里，假设由旋转速度计算单元152计算的旋转速度V1和V2中的每一个由预定位数的浮点格式表示。例如，V1和V2以尾数×2指数的形式表示。
数字匹配电路131执行将V1和V2的指数部分与公共指数匹配的处理。当匹配组成部分时，数字匹配电路131输出V1的尾数、V2的尾数和双方共有的公共指数。减法器132从数字匹配电路131输出的V2的尾数中减去V1的尾数。减法器133从数字匹配电路131输出的公共指数中减去存储在寄存器134中的值。n+1的值存储在寄存器134中，并且可以获得a＝(V2-V1)/2n+1的计算结果，其中由减法器132减出的值用作尾数，由减法器133减出的值用作指数。
[旋转角度估计值和校正值的计算]
图7示出了实际角度值和旋转角度估计值。在图7中，曲线图(a)示出了由RDC 104输出的实际角度值(旋转角度值)，并且曲线图(b)示出了由估计角度计算单元154计算的旋转角度估计值。在图7中，纵轴指示与旋转轴的旋转角度相对应的值(旋转角度值)，横轴表示时间。在图7中，假设n＝1，并且旋转角度值1024对应于旋转角度360°/4，旋转角度值2048对应于旋转角度(360°/4)×2，旋转角度值3072对应于旋转角度(360°/4)×3。考虑旋转角度4095对应于旋转角度360度。
图7所示的时间周期对应于第二旋转时间周期(T2)。在此周期中，如果旋转轴执行匀加速运动，则旋转角度估计值与时间的平方成比例地变化，如曲线图(b)所示。在与时间的平方成比例变化的旋转角度估计值中，当在实际角度值是360°/2n+1的整数倍的时间，估计角度计算单元154计算旋转角度估计值Y2(1)、Y2(2)、Y2(3)和Y2(4)。注意，关于实际角度值是360度的时间，可以省略旋转角度估计值的计算，因为理论上，实际角度值和旋转角度估计值彼此匹配。
更具体地，估计角度计算单元154通过以下等式计算实际值为1024时的旋转角度估计值Y2(1)：Y2(1)＝V2×t2(1)+(1/2)×a2×t2(1)×(1-4)。估计角度计算单元154通过以下等式计算实际角度值为2048时的旋转角度估计值Y2(2)：Y2(2)＝V2×t2(2)+(1/2)×a2×t2(2)×(2-4)。估计角度计算单元154通过以下等式计算实际角度值为3072时的旋转角度估计值Y2(3)：Y2(3)＝V2×t2(3)+(1/2)×a2×t2(3)×(3-4)。
关于实际值是360°/2n+1的整数倍的各个时间，校正值计算单元155计算实际值和如上所述计算的旋转角度估计值之间的差作为校正值。更具体地，校正值计算单元155通过以下等式计算实际角度值为1024时的校正值S2(1)：S2(1)＝1024-Y2(1)。校正值计算单元155通过以下等式计算实际角度值为2048时的校正值S2(2)：S2(2)＝2048-Y2(2)。校正值计算单元155通过以下等式计算实际角度值为3072时的校正值S2(3)：S2(3)＝3072-Y2(3)。
[校正值的应用]
图8示出了实际角度值和经过校正的角度值。此外，图8中还示出了校正值应用单元156应用的校正值。图8所示的时间周期对应于图7所示的周期之后的周期。例如，当在图8所示的时间A计算校正值时，校正值应用单元156将实际角度值直接输出到微控制器106(见图1)，而不从周期开始直到时间A应用校正值。在时间A之后，校正值应用单元156将已经应用校正值的经过校正的角度值输出到微控制器106。
校正值应用单元156将例如如上所述计算的S2(1)至S2(3)应用于当实际角度值是360°/2n+1的整数倍时的实际角度。在从当实际角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×(k-1)相对应的值时到当实际角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的时间期间，校正值应用单元156可以定义例如Si(0)＝0，以将基于校正值Si(k-1)和Sik生成的校正值应用于实际角度值。更具体地，在实际角度值是旋转角度(360°/2n+1)的整数倍的时间期间，校正值应用单元156可以例如通过线性插值来获得校正值，以将经过校正的校正值应用于实际值。
[总结]
在本实施例中，加速度计算单元153计算旋转速度相对于通过将旋转轴的一个旋转除以2n+1而确定的间隔的变化率。假设旋转轴执行匀加速运动，估计角度计算单元154通过使用匀加速运动的公式来计算当实际角度是360°/2n+1的整数倍时的旋转角度估计值。与日本未审查专利申请公开第2012-029547号不同，本实施例通过计算加速度而不使用表来获得估计角度。这样，即使旋转轴在表中未准备的范围内加速或减速，也可以计算旋转角度估计值。此外，本实施例通过将旋转速度差除以2的幂来计算加速度，因此不需要在加速度计算部分中使用除法器。因此，可以在不增加电路尺寸的情况下校正RDC 104输出的旋转角度值。另外，通过将电机200驱动控制到经过校正的旋转角度值，可以提高电机200的控制精度。
第二实施例
接下来将描述第二实施例。图9示出了在本实施例中使用的校正电路的构成示例。除了在图3所示的第一实施例中使用的校正电路105的部件之外，在本实施例中使用的校正电路105a包括间隔控制单元157。间隔控制单元157控制上述n的值，即划分间隔的数量。在其它方面，第二实施例中的校正电路可以与第一实施例中的相同。
在本实施例中，间隔控制单元157根据电机200的旋转轴的每个旋转周期的旋转速度来控制n的值(参见图1)。间隔控制单元157例如根据由旋转速度计算单元152计算的旋转速度来确定旋转速度是“高”、“中”还是“低”，并且根据确定结果来控制n的值。间隔控制单元157通过例如以旋转速度越低n的值增加得越多的方式增加计算旋转角度估计值和校正值的时间点的数量来提高校正的精度。此外，间隔控制单元157例如以旋转速度越高n的数量减少得越多的方式减少计算旋转角度估计值和校正值的时间点的数量。
间隔控制单元157例如通过使用旋转速度的阈值A和使用大于阈值A的阈值B来确定旋转速度是“高”、“中”还是“低”。当旋转速度低于阈值A时，间隔控制单元157确定旋转速度是“低”。当旋转速度高于阈值A并且低于阈值B时，间隔控制单元157确定旋转速度为“中”。当旋转速度高于阈值B时，间隔控制单元157确定旋转速度为“高”。例如，当旋转速度为“低”时，间隔控制单元157将n的值设置为某个值n1。当旋转速度为“中”时，间隔控制单元157将n的值设置为小于n1的n2。此外，当旋转速度为“高”时，间隔控制单元157将n的值设置为小于n2的n3。
间隔控制单元157例如将n的值写入未示出的寄存器中。旋转周期测量单元151参考存储在寄存器中的值来测量从周期开始到实际角度值是与360°/2n+1的整数倍相对应的值的时间。加速度计算单元153参考存储在寄存器中的值来计算当旋转轴的一个旋转被分成2n+1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率。此外，估计角度计算单元154参考存储在寄存器中的值来计算在实际角度是与通过将360度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值的时间(点)的旋转角度估计值。此外，校正值计算单元155参考存储在寄存器中的值来计算当实际值是与通过将360度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值时的实际值和所述旋转角度估计值之间的差，作为校正值。
[操作示例]
图10示出了当电机以低速旋转时计算实际角度值和估计角度值的间隔的示例。在图10中，纵轴表示旋转角度值，横轴表示时间。在低速旋转中，间隔控制单元157将n的值设置为例如“3”。在这种情况下，估计角度计算单元154将一个旋转除以360°/24，以计算在旋转角度值是与22.5°相对应的值的整数倍时或者在旋转角度值是256的整数倍时的估计角度值。在图10中，计算估计角度值的时间点由黑色的圆表示。校正值计算单元155计算在计算估计角度值的每个时间点的校正值。
图11示出了当电机以中速旋转时计算实际值和估计角度值的间隔的示例。在图11中，纵轴表示旋转角度值，横轴表示时间。在中速旋转中，间隔控制单元157将n的值设置为例如“2”。在这种情况下，估计角度计算单元154将一个旋转除以360°/23，以计算在旋转角度值是与45度相对应的值的整数倍时或者在旋转角度值是512的整数倍时的估计角度值。在图11中，计算估计角度值的时间点由黑色的圆表示。校正值计算单元155计算在计算估计角度值的每个时间点的校正值。当比较图10和图11时，可以发现，与低速操作相比，在中速旋转中计算校正值的时间点的数量减少了。
图12示出了当电机以高速旋转时计算实际值和估计角度值的间隔的示例。在图12中，纵轴表示旋转角度值，横轴表示时间。在高速旋转中，间隔控制单元157将n的值设置为例如“1”。在这种情况下，估计角度值计算单元154将一个旋转除以360°/22，以计算在旋转角度值是与90度相对应的值的整数倍时或者在旋转角度值是1024的整数倍时的估计角度值。在图12中，计算估计角度值的时间点由黑色的圆表示。校正值计算单元155计算在计算估计角度值的每个时间点的校正值。当比较图10和图12时，可以发现，与低速旋转和中速旋转中相比，高速旋转中计算校正值的时间点的数量进一步减少。
[总结]
在本实施例中，间隔控制单元157根据每个旋转周期的旋转速度来控制n的值。因为间隔控制单元517根据旋转速度改变n的值，所以可以改变计算估计角度值和校正值的时间点的数量，从而动态地改变校正的精度。例如，在受到加速度显著影响的低速操作中，可以通过增加n的值以较小的角度间隔获得估计角度值和校正值。结果，可以提高校正的精度。另一方面，在受加速度影响较小的高速操作中，间隔控制单元157减小n的值，以用更宽的角度间隔获得估计角度值和校正值。这样，可以减少过多的计算。
第三实施例
接下来将描述第三实施例。本实施例中使用的校正电路的配置可以与图9所示的第二实施例中使用的校正电路的配置相同。本实施例根据RDC 104输出的实际角度值控制电机200的旋转轴的一个旋转周期内的n的值。例如，当实际角度值被包括在某个角度范围中时，间隔控制单元157将n的值设置为n3。当实际角度值被包括在不同于该某个角度范围的角度范围中时，间隔控制单元157将n的值设置为不同于n3的n4。在其它方面，第三实施例中的校正电路可以与第一实施例中的相同。
这里，被包括在实际角度值中的误差根据旋转轴的旋转角度而变化。在某个旋转角度，误差可能很大，而在不同的旋转角度，误差可能很小。间隔控制单元157监视在例如在多个周期中计算估计角度值和校正值的每个时间点(旋转角度)的误差(校正值的大小)，以检查例如误差超过预定阈值的旋转角度。在包括具有大误差的旋转角度的预定范围中，间隔控制单元157将n的值增加到大于其它范围中的值，以允许估计角度值计算单元154和校正值计算单元155在较小范围中计算估计角度值和校正值。
[操作示例]
图13示出了在电机的一个旋转周期中计算实际角度值和估计角度值的间隔的示例。在图13中，纵轴表示旋转角度值，横轴表示时间。这里，例如，假设实际值中包括的误差在小旋转角度值的范围内较大，并且误差在大旋转角度值的范围内较小。
间隔控制单元157在从0到2560的旋转角度值范围内将n的值设置为“3”。然后，间隔控制单元157在从2560到4095的旋转角度值范围内将n的值设置为“4”。在这种情况下，在从0到2560的旋转角度值范围内，对于每个旋转角度值256计算估计角度值和校正值。此外，在从2560到4095的旋转角度值范围内，对于每个旋转角度值1024计算估计角度值和校正值。通过执行这样的控制，可以在特定旋转角度范围内以高精度校正实际角度值。
[总结]
在本实施例中，间隔控制单元157控制一个旋转周期内的n的值。这样，可以根据实际角度值来改变计算估计角度值和校正值的间隔。例如，在误差较大并且因此希望提高其校正精度的旋转角度附近，可以通过增加n的值来精细地获得估计角度值和校正值。此外，在误差较小并且因此不需要高校正精度的旋转角度范围内，可以通过减小n的值来粗略地获得估计角度值和校正值。
在第一和第二实施例中，n的值在一个旋转周期内是恒定的，从而可以以均匀的旋转角度间隔获得估计角度值和校正值。在这些实施例中，当n的值增加以增加校正的精度时，用于在一个旋转周期内计算估计角度值和校正值的旋转角度值的数量增加。另一方面，在本实施例中，可以在特定旋转角度范围内以小旋转角度间隔获得估计角度值和校正值，并且在其它旋转角度范围内以宽旋转间隔获得估计角度值和校正值。因此，例如，可以以所需的校正精度校正实际角度值，同时防止在一个旋转周期内用于计算估计角度值和校正值的旋转角度值的数量增加。
[变型]
注意，第二和第三实施例描述了校正电路105a中包括间隔控制单元157的示例。然而，本发明不限于这个示例。还有可能微控制器106(见图1)等也具有间隔控制单元157，而不是校正电路105a具有间隔控制单元157。此外，每个实施例描述了半导体装置103包括RDC104的示例，但是本发明不限于此。RDC 104可以配置为不同于其中包括校正电路105的半导体装置的半导体装置。
虽然已经基于实施例具体描述了本发明人所做的发明，但是本发明不限于上述实施例。不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种修改和变化。
例如，上述实施例中的一些或全部也可以描述为以下注释，但不限于以下陈述。
[注释1]
一种角度值校正电路包括：旋转周期测量单元，其测量旋转轴的旋转周期，其中由输出与旋转轴的旋转角度相对应的信号的旋转变压器检测所述旋转角度；旋转速度计算单元，其基于旋转周期计算旋转轴的旋转速度；加速度计算单元，其基于所述旋转速度，计算当所述旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率，其中n是1或更大的整数；估计角度值计算单元，其基于旋转速度以及旋转速度的变化率，假设旋转轴执行匀加速运动，计算旋转角度估计值，该旋转角度估计值是旋转轴的旋转角度的估计值；校正值计算单元，其基于从旋转变压器的输出信号转换的旋转角度值以及旋转角度估计值，计算旋转角度值的校正值；和校正值应用单元，其将校正值应用于旋转角度值以生成经过校正的角度值。
[注释2]
在注释1中描述的角度值校正电路中，估计角度计算单元计算在旋转角度值是与通过将给定旋转角度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值的时间点的旋转角度估计值。
[注释3]
在注释2中描述的角度值校正电路中，校正值计算单元计算旋转角度值和旋转角度估计值之间的差，作为在旋转角度值是与通过将给定旋转角度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值的时间点的校正值。
[注释4]
在注释1中描述的角度值校正电路中，每次旋转轴旋转给定旋转角度时，旋转速度计算单元计算旋转速度。
[注释5]
在注释1中描述的角度值校正电路中，给定旋转角度是360度。
[注释6]
在注释5中描述的角度值校正电路中，加速度计算单元通过以下等式计算第i周期中旋转速度的变化率ai：ai＝(Vi-Vi-1)/2n+1，其中i是指示与旋转轴的一个旋转相对应的旋转周期的编号的2或更大的整数，Vi是第i周期中的旋转速度，Vi-1是第i-1周期中的旋转速度。
[注释7]
在注释6中描述的角度值校正电路中，旋转速度Vi和Vi-1由预定位数的浮点格式表示。加速度计算单元包括：数字匹配电路，其将旋转速度Vi的指数部分和旋转速度Vi-1的指数部分与公共指数匹配，并且当指数部分具有公共指数时，输出Vi的尾数和Vi-1的尾数；第一减法器，其当指数部分变成公共时，从Vi的尾数中减去Vi-1的尾数；和第二减法器，其从公共指数减去n+1。
[注释8]
在注释6中描述的角度值校正电路中，估计角度计算单元通过以下等式计算旋转角度估计值Yi(k)：Yi(k)＝Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k-2n+1)，其中k是1到2n+1的整数，与划分间隔的数量相对应，并且ti(k)是与旋转角度值从第i周期中的初始值达到与(360°/2n+1)×k相对应的值所需的时间相对应的值。
[注释9]
在注释8中描述的角度值校正电路中，校正值计算单元通过以下等式计算在旋转角度值是第i周期中与旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的时间点处的校正值Si(k)：Si(k)＝[与(360°/2n+1)×k相对应的值]-Yi(k)。
[注释10]
在注释9中描述的角度值校正电路中，在旋转角度值是与旋转角度0°相对应的值时的时间点的校正值Si(0)被定义为Si(0)＝0。从旋转角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×(k-1)相对应的值时的时间点到旋转角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的时间点，校正值应用单元将基于校正值Si(k-1)和Si(k)生成的校正值应用于旋转角度值。
[注释11]
在注释9中描述的角度值校正电路中，校正值应用单元通过将在第i周期中计算的校正值Si(k)应用于在第i+1周期中获得的旋转角度值来生成经过校正的角度值。
[注释12]
在注释11中描述的角度值校正电路中，校正值应用单元在第i+1周期开始之后不应用所述校正值直到计算出校正值，并且在计算出校正值时开始应用校正值。
[注释13]
注释1中描述的角度值校正电路，其还包括间隔控制单元，其控制n的值。
[注释14]
在注释13中描述的角度值校正电路中，间隔控制单元根据旋转轴的每个旋转周期的旋转速度来控制n的值。
[注释15]
在注释14中描述的角度值校正电路中，当旋转速度是第一速度时，间隔控制单元将n的值设置为第一值，并且当旋转速度是比第一速度快的第二速度时，将n的值设置为比第一值小的第二值。
[注释16]
在注释13中描述的角度值校正电路中，间隔控制单元根据旋转轴的一个旋转周期内的旋转角度值来控制n的值。
[注释17]
在注释16中描述的角度值校正电路中，当旋转角度值被包括在第一范围中时，所述间隔控制单元将n的值设置为第三值，并且当旋转角度值被包括在不同于第一范围的第二范围中时，将n的值设置为不同于第三值的第四值。
[注释18]
一种半导体装置包括：角度值转换器，其将根据旋转轴的旋转角度输出信号的旋转变压器的输出信号转换成旋转角度值；和角度值校正电路，其输出通过校正旋转角度值而获得的经过校正的角度值。该角度值校正电路包括：旋转周期测量单元，其测量旋转轴的旋转周期；旋转速度计算单元，其基于旋转周期计算旋转轴的旋转速度；加速度计算单元，其基于旋转速度，计算当旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时的每间隔的旋转速度，其中n是1或更大的整数；估计角度计算单元，其基于旋转速度以及旋转速度的变化率，假设旋转轴执行匀加速运动，计算旋转角度估计值，该旋转角度估计值是旋转轴的旋转角度的估计值；校正值计算单元，其基于旋转角度值和旋转角度估计值来计算旋转角度值的校正值；和校正值应用单元，其将校正值应用于旋转角度值以生成经过校正的角度值。
[注释19]
一种电机控制装置包括：旋转变压器，其输出与电机的旋转轴的旋转角度相对应的信号；角度值转换器，其将旋转变压器的输出信号转换成旋转角度值；角度值校正电路，其输出通过校正旋转角度值而获得的经过校正的角度值；和电机驱动控制单元，其基于旋转角度值旋转驱动电机。该角度值校正电路包括：旋转周期测量单元，其测量旋转轴的旋转周期；旋转速度计算单元，其基于旋转周期计算旋转轴的旋转速度；加速度计算单元，其基于旋转速度，计算当旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时的每间隔的旋转速度，其中n是1或更大的整数；估计角度计算单元，其基于旋转速度以及旋转速度的变化率，假设旋转轴执行匀加速运动，计算旋转角度估计值，该旋转角度估计值是旋转轴的旋转角度的估计值；校正值计算单元，其基于旋转角度值和旋转角度估计值来计算旋转角度值的校正值；和校正值应用单元，其将校正值应用于旋转角度值以生成经过校正的角度值。
[注释20]
一种角度值校正方法包括以下步骤：计算旋转轴的旋转速度，其中通过使用根据旋转轴的旋转角度输出信号的旋转变压器来检测旋转角度；基于旋转速度，计算当旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率，其中n是1或更大的整数；基于旋转速度以及旋转速度的变化率，假设旋转轴执行匀加速运动，计算旋转角度估计值，该旋转角度估计值是旋转轴的旋转角度的估计值；基于从旋转变压器的输出信号转换的旋转角度值以及旋转角度估计值，计算旋转角度值的校正值；和将校正值应用于旋转角度值以生成经过校正的角度值。

Claims (19)

1.一种角度值校正电路，其包括：
旋转周期测量单元，其测量旋转轴的旋转周期，其中，通过使用根据所述旋转轴的旋转角度而输出信号的旋转变压器来检测旋转角度；
旋转速度计算单元，其基于所述旋转周期来计算所述旋转轴的旋转速度；
加速度计算单元，其基于所述旋转速度，计算当所述旋转轴的给定旋转角度被划分为2n +1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率，其中n是1或更大的整数；
估计角度计算单元，其基于所述旋转速度以及所述旋转速度的所述变化率，在假设所述旋转轴执行匀加速运动的情况下，计算旋转角度估计值，所述旋转角度估计值是所述旋转轴的所述旋转角度的估计值；
校正值计算单元，其基于从所述旋转变压器的所述输出信号转换的旋转角度值、以及基于所述旋转角度估计值，计算所述旋转角度值的校正值；以及
校正值应用单元，其将所述校正值应用于所述旋转角度值，以生成经过校正的角度值。
2.根据权利要求1所述的角度值校正电路，
其中，所述估计角度计算单元计算在所述旋转角度值是与通过将所述给定旋转角度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值时的时间点的所述旋转角度估计值。
3.根据权利要求2所述的角度值校正电路，
其中，所述校正值计算单元计算所述旋转角度值和所述旋转角度估计值之间的差，作为在所述旋转角度值是与通过将所述给定旋转角度除以2n+1而获得的角度的整数倍相对应的值时的时间点的所述校正值。
4.根据权利要求1所述的角度值校正电路，
其中，每次所述旋转轴旋转所述给定旋转角度时，所述旋转速度计算单元计算所述旋转速度。
5.根据权利要求1所述的角度值校正电路，
其中，所述给定旋转角度是360度。
6.根据权利要求5所述的角度值校正电路，
其中，所述加速度计算单元通过以下等式计算在第i周期中所述旋转速度的所述变化率ai：
ai＝(Vi-Vi-1)/2n+1，
其中，i为2或更大的整数，其指示与所述旋转轴的一个旋转相对应的所述旋转周期的编号，Vi是第i周期中的所述旋转速度，并且Vi-1是第i-1周期中的所述旋转速度。
7.根据权利要求6所述的角度值校正电路，
其中，由预定位数的浮点格式来表示所述旋转速度Vi和Vi-1，
其中，所述加速度计算单元包括：
数字匹配电路，其将Vi的指数部分和Vi-1的指数部分与公共指数匹配，并且当所述指数部分具有所述公共指数时，生成Vi的尾数和Vi-1的尾数；
第一减法器，其当所述指数部分变成公共指数时，从Vi的所述尾数减去Vi-1的所述尾数；以及
第二减法器，其从所述公共指数减去n+1。
8.根据权利要求6所述的角度值校正电路，
其中，所述估计角度计算单元通过以下等式计算在所述旋转角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的时间点的旋转角度估计值Yi(k)：
Yi(k)＝Vi×ti(k)+(1/2)×ai×ti(k)×(k-2n+1)，
其中，k是与划分间隔的数量相对应的从1到2n+1的整数，并且ti(k)是与所述旋转角度值从第i周期中的初始值达到与(360°/2n+1)×k相对应的值所需的时间相对应的值。
9.根据权利要求8所述的角度值校正电路，
其中，所述校正值计算单元通过以下等式计算在第i周期中的、在所述旋转角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的时间点的校正值Si(k)：
Si(k)＝[与(360°/2n+1)×k相对应的值]-Yi(k)。
10.根据权利要求9所述的角度值校正电路，
其中，在所述旋转角度值是与旋转角度0°相对应的值时的时间点的校正值Si(0)被定义为Si(0)＝0，
其中，从所述旋转角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×(k-1)相对应的值时的时间点到所述旋转角度值是与旋转角度(360°/2n+1)×k相对应的值时的时间点，所述校正值应用单元将基于所述校正值Si(k-1)和Si(k)所生成的所述校正值应用于所述旋转角度值。
11.根据权利要求9所述的角度值校正电路，
其中，所述校正值应用单元通过将在第i周期中所计算出的所述校正值Si(k)应用于在第i+1周期中所获得的所述旋转角度值，来生成所述经过校正的角度值。
12.根据权利要求11所述的角度值校正电路，
其中，在第i+1周期开始之后，所述校正值应用单元直到计算出所述校正值之前不应用所述校正值，并且在计算出所述校正值时开始应用所述校正值。
13.根据权利要求1所述的角度值校正电路，其还包括：
间隔控制单元，其控制n的值。
14.根据权利要求13所述的角度值校正电路，
其中，所述间隔控制单元根据所述旋转轴的每个旋转周期的旋转速度来控制n的值。
15.根据权利要求14所述的角度值校正电路，
其中，当所述旋转速度是第一速度时，所述间隔控制单元将n的值设置为第一值，并且当所述旋转速度是比所述第一速度快的第二速度时，将n的值设置为比所述第一值小的第二值。
16.根据权利要求13所述的角度值校正电路，
其中，所述间隔控制单元根据所述旋转轴的一个旋转周期内的所述旋转角度值来控制n的值。
17.根据权利要求16所述的角度值校正电路，其中，
当所述旋转角度值是被包括在第一范围中时，所述间隔控制单元将n的值设置为第三值，并且
当所述旋转角度值是被包括在不同于所述第一范围的第二范围中时，所述间隔控制单元将n的值设置为不同于所述第三值的第四值。
18.一种半导体装置，其包括：
角度值转换器，其转换旋转变压器的输出信号，所述旋转变压器根据旋转轴的旋转角度来输出信号；以及
角度值校正电路，其输出通过校正所述旋转角度值而获得的经过校正的角度值，
其中，
所述角度值校正电路包括：
旋转周期测量单元，其测量所述旋转轴的旋转周期；
旋转速度计算单元，其基于所述旋转周期来计算所述旋转轴的旋转速度；
加速度计算单元，其基于所述旋转速度，来计算当所述旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时每间隔的所述旋转速度的变化率，其中n是1或更大的整数；
估计角度计算单元，其基于所述旋转速度以及所述旋转速度的所述变化率，在假设所述旋转轴执行匀加速运动的情况下，计算旋转角度估计值，所述旋转角度估计值是所述旋转轴的所述旋转角度的估计值；
校正值计算单元，其基于所述旋转角度值和所述旋转角度估计值，来计算所述旋转角度值的校正值；以及
校正值应用单元，其通过将所述校正值应用于所述旋转角度值，来生成经过校正的角度值。
19.一种角度值校正方法，其包括以下步骤：
计算旋转轴的旋转速度，其中，通过根据旋转轴的旋转角度而输出信号的旋转变压器来检测旋转角度；
基于所述旋转速度，计算当所述旋转轴的给定旋转角度被划分为2n+1个间隔时每间隔的旋转速度的变化率，其中n是1或更大的整数；
基于所述旋转速度以及所述旋转速度的所述变化率，在假设所述旋转轴执行匀加速运动的情况下，计算旋转角度估计值，所述旋转角度估计值是所述旋转轴的所述旋转角度的估计值；
基于从所述旋转变压器的输出信号转换的旋转角度值以及所述旋转角度估计值，来计算所述旋转角度值的校正值；以及
通过将所述校正值应用于所述旋转角度值，来生成经过校正的角度值。
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