CN114777818B - 编码器的信号激励单元及编码器 - Google Patents
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Abstract
编码器的信号激励单元，包括一个主控芯片(10)以及数个转化电路(20)。主控芯片具有数个信号输出端，并能够输出相位差相等的数个PWM信号。转化电路的数量与主控芯片的信号输出端的数量相等，各转化电路包括一个波形转换电路(22)、一个偏移量调整电路(24)和一个放大电路(26)。波形转换电路连接信号输出端并能够将PWM信号转化为正弦波信号。偏移量调整电路连接波形转换电路并能够调整正弦波信号的偏移量为零伏。放大电路连接偏移量调整电路并能够将偏移量调整电路调整后的正弦波信号的电压值放大。该信号激励单元能够以较低的成本输出正弦激励信号，增强了编码器的性能。本发明还提供了具有上述信号激励单元的编码器。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号激励单元，尤其是一种用于编码器的信号激励单元，本发明还涉及具有上述信号激励单元的编码器。
背景技术
电容式编码器在工作时，需要向激励电极输出数组激励信号，目前通常将PWM信号通过运放放大成方波信号作为激励信号，从而对电容变化量进行正交解调,以此来解析出位置值的变化。但是方波信号相比正弦波信号质量下降很多，会产生大量高次谐波干扰，后续对该信号进行滤波处理较为困难，会大大降低编码器的性能。为了提高信号质量，部分电容式编码器的主控芯片例如FPGA通过增设DAC将FPGA发出的PWM信号转化为正弦信号，借此获取正弦激励信号。额外增设的DAC限制了电路板的尺寸以及散热，并且提高了制造成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种编码器的信号激励单元，能够以较低的成本输出正弦激励信号，增强了编码器的性能。
本发明的另一个目的是提供一种编码器，信号激励单元能够以较低的成本输出正弦激励信号，增强了编码器的性能。
本发明提供了一种编码器的信号激励单元，包括一个主控芯片以及数个转化电路。主控芯片具有数个信号输出端，数个信号输出端能够输出相位差相等的数个PWM信号。转化电路的数量与主控芯片的信号输出端的数量相等，各转化电路包括一个波形转换电路、一个偏移量调整电路和一个放大电路。波形转换电路一一对应地连接信号输出端并能够将PWM信号转化为正弦波信号。偏移量调整电路连接波形转换电路并能够调整正弦波信号的偏移量为零伏。放大电路连接偏移量调整电路并能够将偏移量调整电路调整后的正弦波信号的电压值放大。
本发明提供的编码器的信号激励单元，包括对应主控芯片的信号输出端的数个转化电路，各转化电路通过波形转换电路将PWM信号转化为正弦波信号，再偏移量调整电路将正弦波信号的偏移量为调整为零伏，最后通过放大电路将正弦波信号的电压值放大以得到用于输出至电极的正弦激励信号。本发明提供的信号激励单元能够在不借助DAC的情况下输出正弦激励信号，增强了编码器的性能，同时提高了电路板的空间利用率以及散热性能，并且具有更低的制造成本。
在编码器的信号激励单元的再一种示意性实施方式中，波形转换电路包括一个一阶低通滤波器电路或数个依次连接的一阶低通滤波器电路，各一阶低通滤波器电路包括一个第一电阻和一个第一电容。第一电阻的一端连接一阶低通滤波器电路的输入端，第一电阻的另一端连接一阶低通滤波器电路的输出端。第一电容一端连接一阶低通滤波器电路的输出端，第一电容的另一端接地。
在编码器的信号激励单元的又一种示意性实施方式中，偏移量调整电路包括一个第二电阻、一个第一电源以及一个第三电阻。第二电阻的一端连接偏移量调整电路的输出端，第二电阻的另一端连接波形转换电路。第一电源的正极接地。第三电阻的一端连接偏移量调整电路的输出端，第三电阻的另一端连接第一电源的负极。
在编码器的信号激励单元的另一种示意性实施方式中，波形转换电路的第一电阻作为第二电阻组成偏移量调整电路。借此进一步降低制造成。
在编码器的信号激励单元的又一种示意性实施方式中，放大电路为运算放大器电路，其包括一个运算放大器芯片、一个第四电阻、一个第五电阻、一个第二电容以及一个第六电阻。运算放大器芯片的正向输入端连接运算放大器电路的输入端。第四电阻的一端接地，第四电阻的另一端连接运算放大器芯片的反向输入端。第五电阻的一端连接运算放大器芯片的反向输入端，第五电阻的另一端连接运算放大器芯片的输出端。第二电容的一端连接运算放大器芯片的反向输入端，第二电容的另一端连接运算放大器芯片的输出端。第六电阻的一端连接运算放大器芯片的输出端，第六电阻的另一端连接运算放大器电路的输出端。
在编码器的信号激励单元的另一种示意性实施方式中，主控芯片具有四个信号输出端，四个信号输出端能够输出相位差为90度的四个PWM信号。借此降低激励电极之间产生的干扰，进一步提高编码器的性能。
在编码器的信号激励单元的另一种示意性实施方式中，主控芯片为FPGA。
在编码器的信号激励单元的另一种示意性实施方式中，FPGA的信号输出端能够输出3伏的PWM信号，波形转换电路能够将PWM信号转化为0至3伏的正弦波信号，偏移量调整电路能够将0至3伏的正弦波信号调整为负1.5伏至正1.5伏的正弦波信号，放大电路能够将负1.5伏至正1.5伏的正弦波信号放大为负12伏至正12伏的正弦波信号。
本发明还提供了一种编码器的信号激励单元，包括上述的信号激励单元。
附图说明
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1是编码器的信号激励单元的一种示意性实施方式的结构示意图。
图2是PWM信号的波形图。
图3是转化电路的一种示意性实施方式的电路示意图。
图4是波形转换电路转化后的正弦波信号的波形图。
图5是偏移量调整电路调整后的正弦波信号的波形图。
图6是放大电路放大后的正弦波信号的波形图。
图7是转化电路的另一种示意性实施方式的电路示意图。
标号说明
10主控芯片
20转化电路
22波形转换电路
24偏移量调整电路
26放大电路
U1运算放大器芯片
R1第一电阻
R2第二电阻
R3第三电阻
R4第四电阻
R5第五电阻
R6第六电阻
C1第一电容
C2第二电容
V1第一电源
具体实施方式
为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示结构相同或结构相似但功能相同的部件。
在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
图1是编码器的信号激励单元的一种示意性实施方式的结构示意图。参照图1，码器的信号激励单元包括一个主控芯片10以及数个转化电路20。在示意性实施方式中主控芯片10具体为FPGA，其具有四个信号输出端，四个信号输出端能够输出相位差为90度的四个PWM信号。图2是PWM信号的波形图。参照图2，各PWM信号可以理解为占空比相同且电压为3伏的方波信号。虽然示意性实施方式中，主控芯片10具有四个信号输出端，四个信号输出端能够输出相位差为90度的四个PWM信号，借此降低激励电极之间产生的干扰，进一步提高编码器的性能。然而并不限于此，在其他示意性实施方式中，主控芯片10可以根据实际需求设置为其他数量的数个信号输出端，数个信号输出端能够输出相位差相等的数个PWM信号。
图3是转化电路的一种示意性实施方式的电路示意图。参照图1和图3，转化电路20为四个，与主控芯片10的信号输出端的数量相等。各转化电路20包括一个波形转换电路22、一个偏移量调整电路24和一个放大电路26。
图4是波形转换电路转化后的正弦波信号的波形图。参照图4，波形转换电路22一一对应地连接信号输出端并能够将PWM信号转化为0至3伏的正弦波信号。在示意性实施方式中，参照图3，波形转换电路22包括一个一阶低通滤波器电路，各一阶低通滤波器电路包括一个第一电阻R1和一个第一电容C1。第一电阻R1的一端连接一阶低通滤波器电路的输入端，第一电阻R1的另一端连接一阶低通滤波器电路的输出端。第一电容C1一端连接一阶低通滤波器电路的输出端，第一电容C1的另一端接地。方波形式的PWM信号在通过一阶低通滤波器电路后可以转化为正弦波信号，由于PWM信号的电压为正，因此转化后的正弦波信号具有偏移量，导致基准位不在零。上述波形转换电路22具有更低的制造成本，然而并不限于此，在其他示意性实施方式中，波形转换电路22也可以包括数个依次连接的一阶低通滤波器电路，借此得到更加平滑的正弦曲线。
图5是偏移量调整电路调整后的正弦波信号的波形图。参照图4和图5，偏移量调整电路24连接波形转换电路22并能够调整正弦波信号的偏移量为零伏。在示意性实施方式中，参照图3，偏移量调整电路24包括一个第二电阻R2、一个第一电源V1以及一个第三电阻R3。第二电阻R2的一端连接偏移量调整电路24的输出端，第二电阻R2的另一端连接波形转换电路22。第一电源V1的正极接地。第三电阻R3的一端连接偏移量调整电路24的输出端，第三电阻R3的另一端连接第一电源V1的负极。通过串联的第二电阻R2和第三电阻R3将波形转换电路22的输出端连接至第一电源V1的负极，借此接入一个负值电压，在第二电阻R2和第三电阻R3之间设置输出端可输出如图5所示的负1.5伏至正1.5伏的正弦波信号。上述偏移量调整电路24具有更低的制造成本，然而并不限于此，在其他示意性实施方式中，偏移量调整电路24也可以包括隔直电容，并通过隔离直流分量的方式调整正弦波信号的偏移量为零伏。
图6是放大电路放大后的正弦波信号的波形图。参照图5和图6，放大电路26连接偏移量调整电路24并能够将偏移量调整电路24调整后的正弦波信号的电压值放大，借此得到12伏至正12伏的正弦波信号。在示意性实施方式中，参照图3，放大电路26为运算放大器电路，其包括一个运算放大器芯片U1、一个第四电阻R4、一个第五电阻R5、一个第二电容C2以及一个第六电阻R6。运算放大器芯片U1的正向输入端连接运算放大器电路的输入端。第四电阻R4的一端接地，第四电阻R4的另一端连接运算放大器芯片U1的反向输入端。第五电阻R5的一端连接运算放大器芯片U1的反向输入端，第五电阻R5的另一端连接运算放大器芯片U1的输出端。第二电容C2的一端连接运算放大器芯片U1的反向输入端，第二电容C2的另一端连接运算放大器芯片U1的输出端。第六电阻R6的一端连接运算放大器芯片U1的输出端，第六电阻R6的另一端连接运算放大器电路的输出端。
本发明提供的编码器的信号激励单元，包括对应主控芯片10的信号输出端的数个转化电路20，各转化电路20通过波形转换电路22将PWM信号转化为正弦波信号，再偏移量调整电路24将正弦波信号的偏移量为调整为零伏，最后通过放大电路26将正弦波信号的电压值放大以得到用于输出至电极的正弦激励信号。本发明提供的信号激励单元能够在不借助DAC的情况下输出正弦激励信号，增强了编码器的性能，同时提高了电路板的空间利用率以及散热性能，并且具有更低的制造成本。
图7是转化电路的另一种示意性实施方式的电路示意图。其与图3中的转化电路相同或相似之处不再赘述，其区别在于，波形转换电路22的第一电阻R1作为第二电阻R2组成偏移量调整电路24。借此进一步降低材料成本。
本发明还提供了一种编码器的信号激励单元，包括上述的信号激励单元。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.编码器的信号激励单元，其特征在于，包括：
一个主控芯片(10)，其具有数个信号输出端，数个所述信号输出端能够输出相位差相等的数个PWM信号；以及
数个转化电路(20)，所述转化电路(20)的数量与所述主控芯片(10)的所述信号输出端的数量相等，各所述转化电路(20)包括：
一个波形转换电路(22)，其一一对应地连接所述信号输出端并能够将所述PWM信号转化为正弦波信号，
一个偏移量调整电路(24)，其连接所述波形转换电路(22)并能够调整所述正弦波信号的偏移量为零伏，和
一个放大电路(26)，其连接所述偏移量调整电路(24)并能够将所述偏移量调整电路(24)调整后的所述正弦波信号的电压值放大；
其中，所述偏移量调整电路(24)包括：
一个第二电阻(R2)，其一端连接所述偏移量调整电路(24)的输出端，所述第二电阻(R2)的另一端连接所述波形转换电路(22)；
一个第一电源(V1)，其正极接地；
以及一个第三电阻(R3)，其一端连接所述偏移量调整电路(24)的输出端，所述第三电阻(R3)的另一端连接所述第一电源(V1)的负极。
2.如权利要求1所述的编码器的信号激励单元，其特征在于，所述波形转换电路(22)包括一个一阶低通滤波器电路或数个依次连接的一阶低通滤波器电路，各所述一阶低通滤波器电路包括：
一个第一电阻(R1)，其一端连接所述一阶低通滤波器电路的输入端，所述第一电阻(R1)的另一端连接所述一阶低通滤波器电路的输出端，和
一个第一电容(C1)，其一端连接所述一阶低通滤波器电路的输出端，所述第一电容(C1)的另一端接地。
3.如权利要求2所述的编码器的信号激励单元，其特征在于，所述波形转换电路(22)的所述第一电阻(R1)作为所述第二电阻(R2)组成所述偏移量调整电路(24)。
4.如权利要求1所述的编码器的信号激励单元，其特征在于，所述放大电路(26)为运算放大器电路，其包括：
一个运算放大器芯片(U1)，其正向输入端连接所述运算放大器电路的输入端；
一个第四电阻(R4)，其一端接地，所述第四电阻(R4)的另一端连接所述运算放大器芯片(U1)的反向输入端；
一个第五电阻(R5)，其一端连接所述运算放大器芯片(U1)的反向输入端，所述第五电阻(R5)的另一端连接所述运算放大器芯片(U1)的输出端；
一个第二电容(C2)，其一端连接所述运算放大器芯片(U1)的反向输入端，所述第二电容(C2)的另一端连接所述运算放大器芯片(U1)的输出端；以及
一个第六电阻(R6)，其一端连接所述运算放大器芯片(U1)的输出端，所述第六电阻(R6)的另一端连接所述运算放大器电路的输出端。
5.如权利要求1所述的编码器的信号激励单元，其特征在于，所述主控芯片(10)具有四个所述信号输出端，四个所述信号输出端能够输出相位差为90度的四个所述PWM信号。
6.如权利要求1所述的编码器的信号激励单元，其特征在于，所述主控芯片(10)为FPGA。
7.如权利要求6所述的编码器的信号激励单元，其特征在于，所述FPGA的所述信号输出端能够输出3伏的所述PWM信号，所述波形转换电路(22)能够将所述PWM信号转化为0至3伏的所述正弦波信号，所述偏移量调整电路(24)能够将0至3伏的所述正弦波信号调整为负1.5伏至正1.5伏的所述正弦波信号，所述放大电路(26)能够将负1.5伏至正1.5伏的所述正弦波信号放大为负12伏至正12伏的所述正弦波信号。
8.编码器，其特征在于包括如权利要求1至7中任一项所述的信号激励单元。
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