CN210036761U - 一种磁角度编码器中提高增量编码abz输出精度的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，本实用新型包括A/D转换单元、相位检测器、超前相位预估单元、A/B信号沿跳变估计单元和高频数字时钟单元，A/D转换单元输入端接入磁铁转动时的模拟磁场强度信号、输出端连接相位检测器，相位检测器连接超前相位预估单元和A/B信号沿跳变估计单元，超前相位预估单元连接A/B信号沿跳变估计单元，A/B信号沿跳变估计单元输出端输出A/B信号；该电路在常规磁角度编码器增量A/B信号输出原理上，结合超前相位预估和A/B信号沿跳变门限判断，进一步提升A/B信号的精度，减小磁铁高速运动中带来的A/B信号抖动，在磁铁变速运动中也有较好的性能表现。

Description

一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路

技术领域

本实用新型涉及电机控制电路技术领域，具体涉及一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路。

背景技术

在目前的工业应用中的测速、计数、测角位移和直线位移等方面，磁角度编码器因其体积小，装配方便，耐腐蚀、耐污染、性能可靠高等优点，开始逐步替代光电编码器应用在越来越多的场合。但是在高速运动测量的情况下，光电编码器因为可以采用多孔转盘来保持稳定的输出精度。而磁角度编码器受限于A/D采样频率，以及数字处理部分的时间延迟，会导致输出的ABZ信号相对于慢速运动的测量结果有较大幅度的抖动和偏差。

现有的磁角度编码器ABZ信号输出原理如图1所示，由图可见，随着磁铁转速增加，角度误差的范围和出现误差的频率都会加大，在实际使用中会影响整个磁角度编码器的性能。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：在高速运动测量的情况下，磁角度编码器受限于A/D采样频率，以及数字处理部分的时间延迟，会导致输出的A/B信号相对于慢速运动的测量结果有较大幅度的抖动和偏差，并且随着磁铁转速增加，角度误差的范围和出现误差的频率都会加大，在实际使用中会影响整个磁角度编码器的性能问题，本实用新型提供了解决上述问题的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，包括A/D转换单元、相位检测器、超前相位预估单元、A/B信号沿跳变估计单元和高频数字时钟单元，A/D转换单元的输入端接入磁铁转动时的模拟磁场强度信号、输出端连接相位检测器，相位检测器连接超前相位预估单元和A/B信号沿跳变估计单元，超前相位预估单元连接A/B信号沿跳变估计单元，A/B信号沿跳变估计单元的输出端输出A/B信号；其中：

所述A/D转换单元，用于以固定的采样频率把模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号传送给相位检测器；

所述相位检测器，用于对输入的水平和垂直方向的磁场强度通过处理得到当前磁铁转动的角度值；

所述超前相位预估单元，用于根据多次历史相位检测器检测的角度结果估计下一次相位大小，并传送给A/B信号沿跳变估计单元进行沿跳转相位估计；

所述A/B信号沿跳变估计单元，用于对正交A/B信号的上升/下降沿位置进行估计，降低因突发噪声和高转速引起的A/B信号抖动的幅度，并输出A/B信号；

所述高频数字时钟单元，用作A/B信号沿跳变估计单元的参考时钟。

工作原理是：本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，首先，A/D转换单元以固定的采样频率把磁铁转动时的模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号，并传送给相位检测器；其次，相位检测器检测得到当前磁铁转动的角度值，针对前后两次相位检测器检测出的角度值，得到两个A/D采样时刻之间磁铁旋转过的角度Δθ，并把Δθ传送入超前相位预估单元，预估下一次A/D采样时刻到来时，磁铁旋转过的角度Δθ′；最后，把超前相位Δθ′和Δθ传送到A/B信号跳边沿位置估计单元，进行A/B信号的跳边沿位置估计。该电路在常规的磁角度编码器增量A/B信号输出的基础上，增加了超前相位预估单元和A/B信号沿跳变估计单元，结合起来用于超前相位预估和A/B信号沿跳变门限判断，进一步提升A/B信号的精度，减小磁铁高速运动中带来的A/B信号抖动，在磁铁变速运动中也有较好的性能表现；本实用新型电路具有规模小，功耗低，控制简单的优点，便于实际应用。

进一步地，所述高频数字时钟单元与所述A/D转换单元的采样频率同相，且频率为A/D转换单元采样频率的2^N倍，N的取值范围为3～6，N用于补偿A/B信号的精度。

进一步地，还包括源时钟单元和分频器，源时钟单元连接分频器，分频器与高频数字时钟单元、A/D转换单元均连接，源时钟单元通过分频器分频产生A/D转换单元采样需要的时钟和数字域时钟，且数字域时钟频率是A/D转换单元采样率的2^N倍，N的取值范围为3～6，N用于补偿A/B信号的精度。

进一步地，还包括PLL锁相环，用于对高频数字时钟单元锁相；这是基于在磁铁高速转动的条件下，为了提升输出精度，考虑采用PLL锁相环对高频数字时钟单元锁相，以提升数字域信号采样和计算精度。

进一步地，所述A/D转换单元以固定的采样频率把模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号传送给相位检测器，其中，所述数字信号包括数字水平磁场分量、数字垂直磁场分量。

本实用新型具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，该电路在常规的磁角度编码器增量A/B信号输出的原理上，结合超前相位预估和A/B信号沿跳变门限判断，进一步提升A/B信号的精度，减小磁铁高速运动中带来的A/B信号抖动，在磁铁变速运动中也有较好的性能表现；

2、本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，提升增量A/B信号的精度，减小磁铁高速运动或突发噪声带来的A/B信号抖动；该电路具有规模小，功耗低，控制简单的优点，便于实际应用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型现有的磁角度编码器ABZ信号输出原理图。

图2为本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路框架图。

图3为本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路中整个A/B信号沿位置估计示意图。

图4为本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路中磁铁加速转动时A/B信号输出示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-A/D转换单元，2-相位检测器，3-超前相位预估单元，4-A/B信号沿跳变估计单元，5-高频数字时钟单元，6-源时钟单元，7-分频器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1至图4所示，一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，包括A/D转换单元1、相位检测器2、超前相位预估单元3、A/B信号沿跳变估计单元4和高频数字时钟单元5，A/D转换单元1的输入端接入磁铁转动时的模拟磁场强度信号、输出端连接相位检测器2，相位检测器2连接超前相位预估单元3和A/B信号沿跳变估计单元4，超前相位预估单元3连接A/B信号沿跳变估计单元4，A/B信号沿跳变估计单元4的输出端输出A/B信号；其中：

所述A/D转换单元1，用于以固定的采样频率把模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号传送给相位检测器2，其中，所述数字信号包括数字水平磁场分量、数字垂直磁场分量；并且A/D转换单元1的转换精度越高，采样频率越高，则采样数据精确度越高，有助于提升A/B输出信号的精度；

所述相位检测器2，用于对输入的水平和垂直方向的磁场强度通过处理得到当前磁铁转动的角度值；

所述超前相位预估单元3，用于根据多次历史相位检测器2检测的角度结果估计下一次相位大小，并传送给A/B信号沿跳变估计单元4进行沿跳转相位估计；

所述A/B信号沿跳变估计单元4，用于对正交A/B信号的上升/下降沿位置进行估计，降低因突发噪声和高转速引起的A/B信号抖动的幅度，并输出A/B信号；

所述高频数字时钟单元5，用作A/B信号沿跳变估计单元4的参考时钟，所述高频数字时钟单元5与所述A/D转换单元1的采样频率同相，且频率为A/D转换单元1采样频率的2^N倍，N的取值范围为3～6，N用于补偿A/B信号的精度，这可将源时钟单元6通过分频器7分频实现，其中：源时钟单元6连接分频器7，分频器7与高频数字时钟单元5、A/D转换单元1均连接，源时钟单元6通过分频器7分频产生A/D转换单元1采样需要的时钟和数字域时钟，且数字域时钟频率是A/D转换单元1采样率的2^N倍。

在磁铁高速转动的条件下，为了提升输出精度，还应考虑采用PLL锁相环对高频数字时钟单元5锁相，以提升数字域信号采样和计算精度。

工作原理是：本实用新型的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，首先，A/D转换单元1以固定的采样频率把磁铁转动时的模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号，并传送给相位检测器2；其次，相位检测器2检测得到当前磁铁转动的角度值，针对前后两次相位检测器2检测出的角度值，得到两个A/D采样时刻之间磁铁旋转过的角度Δθ，并把Δθ传送入超前相位预估单元3，预估下一次A/D采样时刻到来时，磁铁旋转过的角度Δθ′；最后，把超前相位Δθ′和Δθ传送到A/B信号跳边沿位置估计单元，进行A/B信号的跳边沿位置估计。该电路在常规的磁角度编码器增量A/B信号输出的基础上，增加了超前相位预估单元3和A/B信号沿跳变估计单元4，结合起来用于超前相位预估和A/B信号沿跳变门限判断，进一步提升A/B信号的精度，减小磁铁高速运动中带来的A/B信号抖动，在磁铁变速运动中也有较好的性能表现；本实用新型电路具有规模小，功耗低，控制简单的优点，便于实际应用。

整个A/B信号沿位置估计示意图如图3所示，由图可见，经过沿估计后输出的A/B信号更加贴近理想的A/B信号。

如图4所示，磁铁做加速转动时，配置选取最靠近沿位置左侧的判决门限点，这样在加速状态下提前输出沿信号，有利于减小和理想状态间的相位误差。同理，磁铁做减速运动时，需要配置选取最靠近沿位置右侧的判决门限点。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，其特征在于，包括A/D转换单元(1)、相位检测器(2)、超前相位预估单元(3)、A/B信号沿跳变估计单元(4)和高频数字时钟单元(5)，A/D转换单元(1)的输入端接入磁铁转动时的模拟磁场强度信号、输出端连接相位检测器(2)，相位检测器(2)连接超前相位预估单元(3)和A/B信号沿跳变估计单元(4)，超前相位预估单元(3)连接A/B信号沿跳变估计单元(4)，A/B信号沿跳变估计单元(4)的输出端输出A/B信号；其中：

所述A/D转换单元(1)，用于以固定的采样频率把模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号传送给相位检测器；

所述相位检测器(2)，用于对输入的水平和垂直方向的磁场强度通过处理得到当前磁铁转动的角度值；

所述超前相位预估单元(3)，用于根据多次历史相位检测器(2)检测的角度结果估计下一次相位大小，并传送给A/B信号沿跳变估计单元(4)进行沿跳转相位估计；

所述A/B信号沿跳变估计单元(4)，用于对正交A/B信号的上升/下降沿位置进行估计，并输出A/B信号；

所述高频数字时钟单元(5)，用作A/B信号沿跳变估计单元(4)的参考时钟。

2.根据权利要求1所述的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，其特征在于，所述高频数字时钟单元(5)与所述A/D转换单元(1)的采样频率同相，且频率为A/D转换单元(1)采样频率的2^N倍，N的取值范围为3～6，N用于补偿A/B信号的精度。

3.根据权利要求1所述的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，其特征在于，还包括源时钟单元(6)和分频器(7)，源时钟单元(6)连接分频器(7)，分频器(7)与高频数字时钟单元(5)、A/D转换单元(1)均连接，源时钟单元(6)通过分频器(7)分频产生A/D转换单元(1)采样需要的时钟和数字域时钟，且数字域时钟频率是A/D转换单元(1)采样率的2^N倍，N的取值范围为3～6，N用于补偿A/B信号的精度。

4.根据权利要求1所述的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，其特征在于，还包括PLL锁相环，用于对高频数字时钟单元(5)锁相。

5.根据权利要求1所述的一种磁角度编码器中提高增量编码ABZ输出精度的电路，其特征在于，所述A/D转换单元(1)以固定的采样频率把模拟磁场强度转变为水平和垂直方向的数字信号传送给相位检测器，其中，所述数字信号包括数字水平磁场分量、数字垂直磁场分量。

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