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Hintergrund der Erfindung
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Feld der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Interpolationsvorrichtung zur
Verbesserung der Auflösung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Interpolationsvorrichtung
zur Verbesserung der Auflösung
eines optischen Kodierers.
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Der
im Stand der Technik bekannte optische Kodierer erzeugt eine sinusförmige Ausgabewelle mit
einer optimalen Phasendifferenz von 90 Grad und Arbeitszyklen, die
aus 50% positiven und 50% negativen Zyklen bestehen, wenn er mit
einem Kodierstreifen oder einer Kodierscheibe entsprechender Auflösung verbunden
ist.
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1 zeigt ein schematisches
Diagramm, das eine sinusförmige
Ausgabewelle 8 darstellt, die auf Grundlage eines entsprechenden
Kodierstreifens 6 gemäß dem Stand
der Technik erzeugt wurde. Der Kodierstreifen 6 des Stands
der Technik hat eine Vielzahl von sich abwechselnden schwarzen und
weißen Blöcken. Der
querschraffierte Bereich auf dem Kodierstreifen 6 in 1 repräsentiert den schwarzen Block 7.
Das alternierende schwarz- und weißfarbige Muster auf dem Kodierstreifen 6 wird
von einem Lichtdetektionselement detektiert und die entsprechende
Sinuswelle wird durch einen optischen Kodierer ausgegeben. Wenn
das Detektionselement den schwarzen Block 7 detektiert,
gibt der optische Kodierer eine Welle mit niedrigen Pegelwerden
(low level value wave) aus. Im Gegensatz dazu gibt der optische
Kodierer, wenn das Detektionselement den weißen Block detektiert, eine
Welle mit hohen Pegelwerten (high level value wave) aus. Die Ausgabewelle
eines derartigen optischen Kodierers kann verwendet werden, um die
Bewegung und die Geschwindigkeit des Motors zu steuern.
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Wie
in dem US-Patent Nr. 6,355,927 offenbart, erzeugt ein Signalgenerator
Signale vom Typ A, nA, B, nB, Bruchteil-A und Bruchteil-B, um die
Auflösung
eines optischen Kodierers zu verbessern. Dennoch muss dieses Verfahren
mit einer komplizierten Schaltung verwendet werden, um die sechs
oben genannten unterschiedlichen Signale zu verarbeiten und zu erzeugen.
Deshalb ist dieses Verfahren sehr kompliziert.
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Ein
gewöhnlicher
Motor dreht durch Ansteuerung von Signalen, welche die Drehbewegung
und Drehrichtungen steuern; ein solches Signal muss ein analoges
Signal oder ein digitales Signal sein. Durch Steuerung der Auflösung des
Analog-Signals und des Digital-Signals können die Drehbewegung und die
Drehrichtungen des Motors präzise
gesteuert werden. Da das digitale Signal nicht kontinuierlich ist, hat
es eine geringere Auflösung.
Deshalb wird das digitale Signal verwendet, um die Drehung des Motors in
großem
Maßstab
(gröber)
zu steuern. Da das analoge Signal kontinuierlich ist, hat es eine
höhere
Auflösung.
Daher wird das analoge Signal verwendet, um die Drehung des Motors
in kleinem Maßstab
(feiner) zu steuern. Deshalb kann der Motor durch die Kombination
des digitalen Signals mit dem analogen Signal präzise gesteuert werden.
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Auflösung des
Digital-Signals zu verbessern, um den Motor präzise zu steuern.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines optischen Kodierers
anzugeben.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines optischen Kodierers
in Bezug auf das von einem optischen Kodierer erzeugte Digital-Signal
anzugeben, ohne besondere Elemente oder komplizierte Schaltungen
zu verwenden, um den Motor präzise
zu steuern.
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Die
Erfindung stellt eine Interpolationsvorrichtung zur Verbesserung
der Auflösung
eines optischen Kodierers bereit. Der optische Kodierer gibt ein Kodiersignal
aus; das Kodiersignal entspricht einer ersten Auflösung. Die
Interpolationsvorrichtung umfasst eine Vergleichsschaltung und eine
Tabellenausleseschaltung (table-lookup circuit). Die Vergleichsschaltung
wird verwendet, um das Kodiersignal zu empfangen und eine Vielzahl
von Vergleichssignalen zu erzeugen. Die Tabellenausleseschaltung
wird verwendet, um die Vielzahl von Vergleichssignalen zu empfangen
und ein Ausgabesignal zu erzeugen, um die Drehung des Motors zu
steuern, wobei das Ausgabesignal einer zweiten Auflösung entspricht,
die größer als
die erste Auflösung
ist.
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Die
Erfindung stellt auch eine Steuervorrichtung bereit, um die Auflösung eines
Motors zu steuern, wenn sich der Motor dreht. Die Steuervorrichtung
umfasst einen optischen Kodierer, eine Vergleichsschaltung und eine
Tabellenausleseschaltung. Der optische Kodierer gibt ein Kodiersignal
aus und das Kodiersignal weist eine erste Auflösung auf, um den Motor zu steuern.
Die Vergleichsschaltung wird verwendet, um das Ko diersignal zu empfangen und
um eine Vielzahl von Vergleichssignalen zu erzeugen. Die Tabellenausleseschaltung
wird verwendet, um die Vielzahl der Vergleichssignale zu empfangen
und um ein Ausgabesignal zur Steuerung der Drehung des Motors zu
erzeugen, wobei das Ausgabesignal zur Steuerung des Motors einer
zweiten Auflösung
entspricht, die größer als
die erste Auflösung
ist.
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Die
Erfindung stellt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verbesserung
der Auflösung
eines optischen Kodierers bereit, um die Auflösung des ursprünglich von
dem optischen Kodierer erzeugten Digital-Signals zu verbessern,
so dass die Verwendung des Digital-Signals, das von dem optischen
Kodierer ausgegeben worden ist, nicht auf die Originalwerte beschränkt ist,
die in dem optischen Kodierer erzeugt worden sind. Deshalb kann
die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik die Auflösung des
ursprünglich
von dem optischen Kodierer ausgegebenen Digital-Signals verbessern
und weiter davon Gebrauch machen, ohne einen speziellen Steuerchip oder
eine komplizierte Schaltung zu verwenden.
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Der
Vorteil und das Wesen der Erfindung können durch die folgende Beschreibung
zusammen mit den beigefügten
Zeichnungen besser verstanden werden.
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Kurzebeschreibung
der beigefügten
Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm, das die Ausgabewelle eines Digital-Signals
darstellt, das auf der Basis eines Kodierstreifens erzeugt worden
ist;
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2 ein
Systemblockdiagramm, das eine Interpolationsvorrichtung zur Verbesserung
der Auflösung
eines optischen Kodierers gemäß der Erfindung
darstellt;
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3A ein
schematisches Diagramm, das den Erzeugungsprozess des Vergleichssignals
darstellt;
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3B ein
schematisches Diagramm, das den Erzeugungsprozess des Vergleichssignals
unter Verwendung von drei Pegelwerten darstellt;
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4A, 4B und 4C schematische Diagramme,
die den Erzeugungsprozess in der Tabellenausleseschaltung darstellen;
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5 ein
Systemblockdiagramm der Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines
optischen Kodierers zeigt; und
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7 ein
Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Steuerung der Auflösung eines
sich drehenden Motors zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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In 2 ist
ein Systemblockdiagramm gezeigt, das eine Interpolationsvorrichtung 10 zur
Verbesserung der Auflösung
eines optischen Kodierers gemäß der Erfindung
darstellt. Die Erfindung stellt eine Interpolationsvorrichtung 10 zur
Verbesserung der Auflösung
eines optischen Kodierers 12 zur Verfügung. Der optische Kodierer 12 gibt
ein Kodiersignal 14 aus, das einer ersten Auflösung entspricht. Das
Kodiersignal 14 umfasst ein erstes Phasensignal 14a und
ein zweites Phasensignal 14b, wo bei die Phasendifferenz
zwischen dem ersten Phasensignal 14a und dem zweiten Phasensignal 14b 90
Grad ist.
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Die
Interpolationsvorrichtung 10 umfasst eine Vergleichsschaltung 16 und
eine Tabellenausleseschaltung 18. Die Vergleichsschaltung 16 wird
verwendet, um das Kodiersignal 14 zu empfangen. Die Vergleichsschaltung 16 vergleicht
das Kodiersignal 14 und eine Vielzahl von Pegelwerten,
um die Vielzahl von Vergleichssignalen 20 zu erzeugen.
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3A zeigt
ein schematisches Diagramm, das den Prozess der Erzeugung des Vergleichssignals
darstellt. Wie in 3A gezeigt, werden, nachdem
das erste Phasensignal 30 und das zweite Phasensignal 32 mit
einem Pegelwert 33 verglichen worden sind, ein entsprechendes
erstes Vergleichssignal 34 bzw. ein entsprechendes zweites
Vergleichssignal 36 erzeugt, wobei das erste Vergleichssignal 34 dem ersten
Phasensignal 30 und das zweite Vergleichssignal 36 dem
zweiten Phasensignal 32 entspricht. Bei der Anwendung dieses
Verfahrens ist bekannt, dass verschiedene Phasensignale ein entsprechendes
Vergleichssignal erzeugen, wenn in dem Vergleichsprozess ein Pegelwert
verwendet wird. Deshalb können
drei verschiedene Pegelwerte, die in dem Vergleichsprozess verwendet
werden, drei entsprechende Vergleichssignale erzeugen. 3B zeigt
ein schematisches Diagramm, das den Prozess der Erzeugung des Vergleichssignals 45 unter
Verwendung von drei Pegelwerten 44, 46 und 48 darstellt.
Nachdem das erste Phasensignal 40 mit den drei Pegelwerten 44, 46 und 48 verglichen
worden ist, werden die drei Vergleichssignale 40a, 40b und 40c erzeugt.
Nachdem das zweite Phasensignal 42 mit den drei Pegelwerte 44, 46 und 48 verglichen worden
ist, werden auf die gleiche Weise drei Vergleichssignale 42a, 42b und 42c erzeugt.
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Die
Tabellenausleseschaltung 18 wird verwendet, um die Mehrzahl
von Vergleichssignalen 20 zu empfangen und um ein Ausgabesignal 22 zu
erzeugen. Die Tabellenausleseschaltung 18 wird durch eine
K-Tabellen-Operation (Karnaugh-map operation) entsprechend der Vielzahl
von Vergleichssignalen 20 und dem Ausgabesignal 22 erzeugt.
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Der
Erzeugungsprozess der Tabellenausleseschaltung wird im Folgenden
mit Bezug auf die 4A, 4B und 4C beschrieben.
Die 4A, 4B und 4C sind
schematische Diagramme, die den Erzeugungsprozess der Tabellenausleseschaltung
darstellen. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens,
wie in 4A gezeigt, zwei Pegelwerte TH1
und TH2 zum Vergleich verwendet und vier Vergleichssignale A1(TH1),
A2(TH2), B1(TH1) und B2(TH2) werden jeweils erzeugt. Wie in 4B gezeigt,
werden dann zwei Ausgabesignale als LUTA und LUTB aufgestellt. Wie
in 4C gezeigt, werden zwei logische Ausdrücke LUTA
= A1 B 1 + A 1 A 2B2 und LUTB = A1B2 + A 1 A 2 B 1 durch eine K-Tabellen-Operation
aus den vier Vergleichssignalen A1(TH1), A2(TH2), B1(TH1) und B2(TH2)
und den beiden Ausgabesignalen LUTA und LUTB erzeugt, wodurch die Tabellenausleseschaltung
erzeugt wird.
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Das
Ausgabesignal 22 umfasst ein erstes Ausgabesignal 22a und
ein zweites Ausgabesignal 22b. Die Frequenzen des ersten
Ausgabesignals 22a und des zweiten Ausgabesignals 22b sind
höher als die
Frequenz des Kodiersignals 14. Das Ausgabesignal 22 entspricht
einer zweiten Auflösung,
die höher ist
als die erste Auflösung.
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Daneben
kann nach Vergleich mit den drei Pegelwerten der Status des Phasensignals
hinzugefügt
werden und die Art des Ausgabesignals kann dann durch den Benutzer
konfiguriert werden, um die Tabellenausleseschaltung zu erzeugen,
um so die Frequenz des Phasensignals zu erhöhen. Bezugnehmend auf 3B kann
nach Vergleichen mit den Pegelwerten die Zykluszeit des ursprünglichen
Phasensignals in 12 Abschnitte (St1, St2, St3 ... Stc) unterteilt
werden. Die Tabellenausleseschaltung mit dreifacher Frequenz kann
entsprechend der oben beschriebenen 12 Abschnitte und der in 4B gezeigten
Ausgabesignale erzeugt werden. Die Tabellenausleseschaltung kann
verwendet werden, um ein Ausgabesignal mit dreifacher Frequenz zu
erzeugen, so dass die Auflösung
des Digital-Signals verbessert wird.
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5 zeigt
ein Systemblockdiagramm einer Steuervorrichtung 50 der
vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung offenbart eine
Steuervorrichtung 50 zur Steuerung der Auflösung eines
drehenden Motors 64. Die Steuervorrichtung 50 umfasst einen
optischen Kodierer 52, eine Vergleichsschaltung 56 und
eine Tabellenausleseschaltung 58.
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Der
optische Kodierer 52 wird verwendet, um ein Kodiersignal 54 auszugeben;
das Kodiersignal 54 entspricht einer ersten Auflösung, um
den Motor 64 zu steuern. Das Kodiersignal 54 umfasst
ein erstes Phasensignal 54a und ein zweites Phasensignal 54b;
die Phasendifferenz zwischen dem ersten Phasensignal 54a und
dem zweiten Phasensignal 54b ist 90 Grad. In einer Ausführungsform
ist der Motor 64 ein Gleichstrommotor (DC-Motor). Die Vergleichsschaltung 56 wird
verwendet, um das Kodiersignal 54 zu empfangen und um eine
Vielzahl von Vergleichssignalen 60 durch Vergleich des
Kodiersignals 54 mit der Vielzahl von Pegelwerten zu erzeugen.
Die Tabellenausleseschaltung 58 wird verwendet, um die Vielzahl
von Vergleichssignalen 60 zu empfangen und um ein Ausgabesignal 62 zu
erzeugen, wobei die Tabellenausleseschaltung 58 unter Verwendung
einer K-Tabellen-Operation
(Karnaugh-map operation) entsprechend der Vielzahl der Vergleichssignale 60 und
dem Ausgabesignal 62 erzeugt wird.
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Das
Ausgabesignal 62 wird verwendet, um die Drehbewegung des
Motors 64 zu steuern; das Ausgabesignal 62 umfasst
ein erstes Ausgabesignal 62a und ein zweites Ausgabesignal 62b,
wobei die Frequenzen des ersten Ausgabesignals 62a und
des zweiten Ausgabesignals 62b größer als die Frequenz des Kodiersignals 54 sind.
Das Ausgabesignal 62 zur Steuerung des Motors 64 entspricht
einer zweiten Auflösung,
die größer als
die erste Auflösung
ist.
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6 ist
ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Verbesserung der Auflösung eines
optischen Kodierers darstellt. Nach dem Verfahren zur Verbesserung
der Auflösung
eines optischen Kodierers gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung gibt der optische Kodierer ein Kodiersignal mit einer
ersten Auflösung
aus. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
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S80:
Empfangen des Kodiersignals; das Kodiersignal umfasst ein erstes
Phasensignal und ein zweites Phasensignal, wobei die Phasendifferenz zwischen
dem ersten Phasensignal und dem zweiten Phasensignal 90 Grad ist.
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S82:
Vergleichen des Kodiersignals mit einer Vielzahl von Pegelwerten,
um eine Vielzahl von Vergleichssignalen zu erzeugen.
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S84:
Empfangen der Vielzahl von Vergleichssignalen, um ein Ausgabesignal
zu erzeugen, wobei das Ausgabesignal einer zweiten Auflösung entspricht,
die größer als
die erste Auflösung
ist.
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Dabei
umfasst das Ausgabesignal ein erstes Ausgabesignal und ein zweites
Ausgabesignal; die Frequenzen des ersten und zweiten Ausgabesignals sind
größer als
die Frequenz des Kodiersignals.
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7 zeigt
ein Ablaufdiagramm, welches das Verfahren zur Steuerung der Auflösung eines Motors
darstellt, wenn der Motor dreht. In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist der Motor ein Gleichstrommotor. Das Verfahren umfasst
die folgenden Schritte:
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S90:
Erzeugen eines Kodiersignals, wobei das Kodiersignal eine erste
Auflösung
hat, um den Motor zu steuern; das Kodiersignal umfasst ein erstes
Phasensignal und ein zweites Phasensignal, wobei die Phasendifferenz
zwischen dem ersten Phasensignal und dem zweiten Phasensignal 90
Grad beträgt.
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S92:
Vergleichen des Kodiersignals mit einer Vielzahl von Pegelwerten,
um eine Vielzahl von Vergleichssignalen zu erzeugen; und
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S94:
Empfangen der Vielzahl von Vergleichssignalen, um ein Ausgabesignal
zu erzeugen, wobei das Ausgabesignal zum Steuern des Motors eine
zweite Auflösung
aufweist, die größer ist
als die erste Auflösung.
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Das
Ausgabesignal umfasst ein erstes Ausgabesignal und ein zweites Ausgabesignal;
die Frequenzen des ersten und zweiten Ausgabesignals sind höher als
die Frequenz des Kodiersignals.
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Die
Vorrichtung zum Verbessern der Auslösung eines optischen Kodierers
nach der vorliegenden Erfindung kann eine Auflösung erzeugen, die größer als
die Auflösung
des von dem optischen Kodierer erzeugten Kodiersignals ist. Die
Vorrichtung zur Ver besserung der Auflösung eines optischen Kodierers
nach der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um einen
Motor durch das Erzeugen einer höheren
Auflösung
des Ausgabesignals zu steuern. Verglichen mit dem Stand der Technik,
wird deshalb bei der Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens
zur Verbesserung der Auflösung
des optischen Kodierers das Kodiersignal, das von dem optischen
Kodierer ausgegeben wird, nicht durch den ursprünglichen Wert begrenzt, der
in dem optischen Kodierer festgelegt worden ist; die verbesserte
Auflösung
des Ausgabesignals kann dann zur Steuerung der Motorbewegung des
drehenden Motors verwendet werden. Deshalb kann der Motor entsprechend dem
ursprünglichen
Kodiersignal, das von dem optischen Kodierer erzeugt wird, sehr
präzise
und genau gesteuert werden. Die Erfindung benötigt keinen besonderen Steuerchip
und keine komplizierte Schaltung.
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Zusammenfassend
stellt die Erfindung eine Interpolationsvorrichtung zur Verbesserung
der Auflösung
eines optischen Kodierers bereit. Der optische Kodierer gibt ein
Kodiersignal aus, welches eine erste Auflösung aufweist. Die Interpolationsvorrichtung
umfasst eine Vergleichsschaltung und eine Tabellenausleseschaltung.
Der Vergleicher empfängt das
Kodiersignal und erzeugt eine Vielzahl von Vergleichssignalen. Die
Tabellenausleseschaltung empfängt
eine Vielzahl von Vergleichssignalen und erzeugt ein Ausgabesignal,
wobei das Ausgabesignal eine zweite Auflösung aufweist. Die zweite Auflösung ist
größer als
die erste Auflösung.
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Mit
in den angegebenen Beispielen und den obigen Erklärungen sind
die Merkmale und Ideen der Erfindung detailliert beschrieben. Verschiedene
Modifikationen und Änderungen
der Vorrichtung, die nicht von der Lehre der Erfindung abweichen,
sind für den
Fachmann offensichtlich. Entsprechend soll die obige Offenbarung
so ausgelegt werden, dass sie nur durch das Maß und die Grenzen der anhängenden Ansprüche beschränkt werden.