DE102022105436A1

DE102022105436A1 - Front-End-Schaltung und Codierer

Info

Publication number: DE102022105436A1
Application number: DE102022105436.5A
Authority: DE
Inventors: Shu Hirata; Tomohiro Tahara; Akio Kawai; Shun MUGIKURA
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2022-09-29
Also published as: US20220307866A1; JP2022148473A; CN115133885A

Abstract

Ein Vorverstärker verstärkt Signale, die in einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss eingegeben werden. Eine erste Schaltschaltung empfängt ein erstes und ein zweites Eingangssignal und gibt diese Signale an den ersten bzw. den zweiten Eingangsanschluss aus. Eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren tastet zwei durch den Vorverstärker verstärkte Signale ab. Eine Integrationsschaltung enthält einen vollständig differentiellen Operationsverstärker, der Differenzsignale, die zwischen dem dritten und vierten Eingangsanschluss eingegeben werden, verstärkt und zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss ausgibt, und einen ersten und zweiten Integrationskondensator. Eine zweite Schaltschaltung schaltet eine Verbindungsbeziehung zwischen der Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und dem ersten und dem zweiten Integrationskondensator um. Eine dritte Schaltschaltung schaltet eine Verbindungsbeziehung zwischen dem ersten und zweiten Integrationskondensator und dem dritten und vierten Ausgangsanschluss um. Ein Zyklus, der ein Abtasten und eine Signalintegration enthält, wird zweimal ausgeführt, wobei die ersten bis dritten Schaltschaltungen die Verbindungsbeziehungen jedes Mal umschalten, wenn der Zyklus wechselt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Front-End-Schaltung und einen Codierer.
Ein Codierer wird zur Positionsdetektion in verschiedenen Geräten mit einem Antriebsabschnitt, wie z. B. einer Werkzeugmaschine, verwendet (japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungen Nrn. 2005-62123, 2005-77137 und 2016-161441 ). Ein Codierer ist eine Verschiebungsmessvorrichtung, die an einer Antriebswelle oder einer Drehwelle einer Werkzeugmaschine oder einer dreidimensionalen Messmaschine befestigt ist, und enthält im Allgemeinen einen linearen Codierer zum Detektieren einer linearen Verschiebung und einen Drehcodierer zum Detektieren eines Drehwinkels. Als ein Detektionsverfahren des Codierers sind optische Verfahren, magnetische Verfahren, kapazitive Verfahren, Verfahren mit elektromagnetischer Induktion oder dergleichen bekannt.
Im Allgemeinen enthält ein Codierer einen Umsetzer, der ein Signal in Reaktion auf eine Skalenverschiebung detektiert, eine Treiberschaltung, die den Umsetzer ansteuert, eine Empfangsschaltung, die ein vom Umsetzer ausgegebenes analoges Signal in ein digitales Signal umsetzt, und eine Signalverarbeitungseinheit, die eine vorgegebene Signalverarbeitung an dem digitalen Signal ausführt. Die Empfangsschaltung enthält eine Front-End-Schaltung, die ein empfangenes Signal verstärkt, und einen Analog-Digital-Umsetzer (ADC), der das durch die Front-End-Schaltung verstärkte Signal in das digitale Signal umsetzt.
Es ist selten, dass im Codierer kontinuierliche Signale verwendet werden, wobei die Front-End-Schaltung ein Eingangssignal zu einem vorgegebenen Zeitpunkt abtastet, um das empfangene Signal zu erzeugen, wodurch eine diskrete Positionsdetektion ausgeführt wird (z. B. japanische ungeprüfte Patentenmeldungsveröffentlichung Nr. 2013-149021 und internationale Patentveröffentlichung Nr. WO 2010/103580 ). Eine derartige Front-End-Schaltung enthält im Allgemeinen einen Vorverstärker, eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und eine Integrationsschaltung. In einem Codierer zum Detektieren von mehrphasigen (z. B. dreiphasigen oder vierphasigen) Signalen ist es bekannt, dass eine vollständig differentielle Schaltung mit geschalteten Kondensatoren (internationale Patentveröffentlichung Nr. WO 2010/103580 , japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichungen Nrn. 2002-261614 , Nr. 2008-79129 und Nr. 2016-42627) als die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Wie oben beschrieben worden ist, enthält die Front-End-Schaltung den Verstärker, wie z. B. einen Vorverstärker und einen Differenzverstärker, die in einer Integrationsschaltung enthalten sind. Deshalb werden, wenn die Front-End-Schaltung das Eingangssignal verstärkt, die Eingangsoffsetspannungen des Vorverstärkers und des Differenzverstärkers außerdem verstärkt, wobei diese verstärkten Spannungen als Ausgangsoffsetspannungen in einem Ausgangssignal der Front-End-Schaltung enthalten sind.
Die Ausgangsoffsetspannungen verursachen eine Verringerung der Positionsdetektionsgenauigkeit.
Obwohl ein Einfluss der Ausgangsoffsetspannungen durch das Begrenzen der Verstärkungen der Verstärker und einer Amplitude des Eingangssignals verringert werden kann, ist ferner ein Dynamikbereich eines Systems, wie z. B. eines Codierers, in dem die Front-End-Schaltung angebracht ist, verschmälert, was nicht bevorzugt ist.
Die vorliegende Offenbarung ist im Hinblick auf die obigen Umstände gemacht worden und zielt darauf ab, eine Front-End-Schaltung zu schaffen, die einen Einfluss eines Offsets eines Verstärkers verringern kann.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Front-End-Schaltung, die enthält: einen Vorverstärker, der konfiguriert ist, die in einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss eingegebenen Signale zu verstärken; eine erste Schaltschaltung, die konfiguriert ist, ein erstes und ein zweites Eingangssignal zu empfangen und das erste und das zweite Eingangssignal abwechselnd und jeweils an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss auszugeben; eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren, die konfiguriert ist, zwei durch den Vorverstärker verstärkte Signale abzutasten; eine Integrationsschaltung, die einen vollständig differentiellen Operationsverstärker, der die Signale, die durch das Verstärken der zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsanschluss eingegebenen Differenzsignale erhalten werden, als Differenzsignale zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss ausgibt, und einen ersten und einen zweiten Integrationskondensator enthält; eine zweite Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen der Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und einem Ende des ersten Integrationskondensators und einem Ende des zweiten Integrationskondensators umschalten kann; und eine dritte Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen dem anderen Ende des ersten Integrationskondensators und dem anderen Ende des zweiten Integrationskondensators und einem dritten und einem vierten Ausgangsanschluss umschalten kann, wobei eine doppelte Korrelationsabtastung ausgeführt wird, bei der ein Zyklus, der das Abtasten durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und eine Signalintegration durch die Integrationsschaltung enthält, zweimal ausgeführt wird, wobei jedes Mal, wenn sich der Zyklus ändert, die erste Schaltschaltungjeweils die Ausgangsziele des ersten und des zweiten Eingangssignals zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss umschaltet, die zweite Schaltschaltung jeweils die Ausgangsziele der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Integrationskondensator umschaltet und die dritte Schaltschaltungjeweils die Verbindungsziele des ersten und des zweiten Integrationskondensators zwischen dem dritten und dem vierten Ausgangsanschluss umschaltet. Folglich können ein Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers und ein Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers aufgehoben werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die obige Front-End-Schaltung, wobei in einem ersten Zyklus, der einer der beiden Zyklen ist, die erste Schaltschaltungjeweils das erste und das zweite Eingangssignal an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss des Vorverstärkers ausgibt, die zweite Schaltschaltungjeweils die beiden Signale, die durch das Abtasten der Signale erhalten werden, die durch das Verstärken des ersten und des zweiten Eingangssignals durch den Vorverstärker erhalten werden, an den ersten und den zweiten Integrationskondensator ausgibt und die dritte Schaltschaltung den ersten und den zweiten Integrationskondensator mit dem dritten bzw. dem vierten Ausgangsanschluss verbindet, und in einem zweiten Zyklus, der der andere der beiden Zyklen ist, die erste Schaltschaltung das erste und das zweite Eingangssignal an den zweiten bzw. den ersten Eingangsanschluss des Vorverstärkers ausgibt, die zweite Schaltschaltung die beiden Signale, die durch das Abtasten der Signale erhalten werden, die durch das Verstärken des zweiten und des ersten Eingangssignals durch den Vorverstärker erhalten werden, jeweils an den ersten und den zweiten Integrationskondensator ausgibt und die dritte Schaltschaltung den ersten und den zweiten Integrationskondensator mit dem vierten bzw. dem dritten Ausgangsanschluss verbindet. Folglich kann der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers und der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers aufgehoben werden.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die obige Front-End-Schaltung, wobei die erste Schaltschaltung enthält: einen ersten Schalter, wobei das erste Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist; einen zweiten Schalter, wobei das erste Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist; einen dritten Schalter, wobei das zweite Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist; und einen vierten Schalter, wobei das zweite Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren enthält: einen fünften Ausgangsanschluss, der eines der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale ausgibt; und einen sechsten Ausgangsanschluss, der das andere der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale ausgibt, die zweite Schaltschaltung enthält: einen fünften Schalter, der zwischen den fünften Ausgangsanschluss und den ersten Integrationskondensator geschaltet ist; einen sechsten Schalter, der zwischen den sechsten Ausgangsanschluss und den ersten Integrationskondensator geschaltet ist; einen siebenten Schalter, der zwischen den sechsten Ausgangsanschluss und den zweiten Integrationskondensator geschaltet ist; und einen achten Schalter, der zwischen den fünften Ausgangsanschluss und den zweiten Integrationskondensator geschaltet ist, die zweite Schaltschaltung enthält: einen neunten Schalter, der zwischen den ersten Integrationskondensator und den dritten Ausgangsanschluss eingefügt ist; einen zehnten Schalter, der zwischen den ersten Integrationskondensator und den vierten Ausgangsanschluss eingefügt ist; einen elften Schalter, der zwischen den zweiten Integrationskondensator und den vierten Ausgangsanschluss eingefügt ist; und einen zwölften Schalter, der zwischen den zweiten Integrationskondensator und den dritten Ausgangsanschluss eingefügt ist, wobei der erste, dritte, fünfte, siebente, neunte und elfte Schalter und der zweite, vierte, sechste, achte, zehnte und zwölfte Schalter komplementär eingeschaltet und ausgeschaltet werden, wenn sich der Zyklus ändert. Folglich kann durch das Umschalten der Schalter der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers und ein Einfluss der Eingangsoffsetspannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers aufgehoben werden.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die obige Front-End-Schaltung, wobei in den ersten Zyklen der erste, dritte, fünfte, siebente, neunte und elfte Schalter eingeschaltet sind und der zweite, vierte, sechste, achte, zehnte und zwölfte Schalter ausgeschaltet sind, und in dem anderen der beiden Zyklen der erste, dritte, fünfte, siebente, neunte und elfte Schalter ausgeschaltet sind und der zweite, vierte, sechste, achte, zehnte und zwölfte Schalter eingeschaltet sind. Folglich können bei der doppelten Korrelationsabtastung durch das Umschalten der Schalter der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers und ein Einfluss der Eingangsoffsetspannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers aufgehoben werden.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die obige Front-End-Schaltung, wobei der Vorverstärker die Signale, die durch das Verstärken der in den ersten und den zweiten Eingangsanschluss eingegebenen Signale erhalten werden, von dem siebenten bzw. achten Ausgangsanschluss ausgibt, das Signal, das durch das Abtasten des von dem siebenten Ausgangsanschluss ausgegebenen Signals erhalten wird, von dem fünften Ausgangsanschluss ausgegeben wird und das Signal, das durch das Abtasten des von dem achten Ausgangsanschluss ausgegebenen Signals erhalten wird, von dem sechsten Ausgangsanschluss ausgegeben wird. Folglich kann der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers aufgehoben werden.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Codierer, der enthält: eine Skala, in der eine Skalenspur angeordnet ist; einen Detektionskopf, der konfiguriert ist, die Signale von zwei oder mehr Phasen auszugeben, die ein Detektionsergebnis der Skala angeben; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die eine Front-End-Schaltung enthält, die konfiguriert ist, Signale zu empfangen, die zwei Phasen in den Signalen von zwei oder mehr Phasen entsprechen, wobei die Front-End-Schaltung enthält: einen Vorverstärker, der konfiguriert ist, die in einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss eingegebenen Signale zu verstärken; eine erste Schaltschaltung, die konfiguriert ist, ein erstes und ein zweites Eingangssignal zu empfangen und das erste und das zweite Eingangssignal abwechselnd und jeweils an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss auszugeben; eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren, die konfiguriert ist, zwei durch den Vorverstärker verstärkte Signale abzutasten; eine Integrationsschaltung, die einen vollständig differentiellen Operationsverstärker, der die Signale, die durch das Verstärken der zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsanschluss eingegebenen Differenzsignale erhalten werden, als Differenzsignale zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss ausgibt, und einen ersten und einen zweiten Integrationskondensator enthält; eine zweite Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen der Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und einem Ende des ersten Integrationskondensators und einem Ende des zweiten Integrationskondensators umschalten kann; und eine dritte Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen dem anderen Ende des ersten Integrationskondensators und dem anderen Ende des zweiten Integrationskondensators und einem dritten und einem vierten Ausgangsanschluss umschalten kann, wobei eine doppelte Korrelationsabtastung ausgeführt wird, bei der ein Zyklus, der das Abtasten durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und eine Signalintegration durch die Integrationsschaltung enthält, zweimal ausgeführt wird, wobei jedes Mal, wenn sich der Zyklus ändert, die erste Schaltschaltungjeweils die Ausgangsziele des ersten und des zweiten Eingangssignals zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss umschaltet, die zweite Schaltschaltung jeweils die Ausgangsziele der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Integrationskondensator umschaltet und die dritte Schaltschaltungjeweils die Verbindungsziele des ersten und des zweiten Integrationskondensators zwischen dem dritten und dem vierten Ausgangsanschluss umschaltet. Folglich können der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers und der Einfluss einer Eingangsoffsetspannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers aufgehoben werden.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Front-End-Schaltung zu schaffen, die einen Einfluss eines Offsets eines Verstärkers verringern kann.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Fortschritte der vorliegenden Offenbarung werden aus der im Folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die lediglich zur Veranschaulichung angegeben sind und nicht als die vorliegende Offenbarung einschränkend zu betrachten sind, vollständiger verstanden.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Codierers gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Skala und eines Detektionskopfes, wenn ein vierphasiges Signal verwendet wird;
3 ist eine Draufsicht auf die Skala, wenn ein vierphasiges Signal verwendet wird;
4 zeigt schematisch eine Konfiguration einer Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform;
5 zeigt schematisch eine Konfiguration einer allgemeinen Front-End-Schaltung;
6 zeigt schematisch eine Umrisskonfiguration einer Front-End-Schaltung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform;
7 zeigt die Konfiguration der Front-End-Schaltung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ausführlicher;
8 ist ein Ersatzschaltbild der Front-End-Schaltung in einem ersten Abtastzyklus; und
9 ist ein Ersatzschaltbild der Front-End-Schaltung in einem zweiten Abtastzyklus.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bezüglich der Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei wiederholte Beschreibungen nach Bedarf weggelassen werden.
Erste beispielhafte Ausführungsform
Als eine Voraussetzung für das Verständnis eines Codierers gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform wird ein Absolutcodierer des Typs der elektromagnetischen Induktion als ein Beispiel eines allgemeinen Codierers beschrieben. 1 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Codierers 1000, der als ein Absolutcodierer des Typs der elektromagnetischen Induktion konfiguriert ist. Der Codierer 1000 enthält eine Skala 1001, einen Detektionskopf 1002 und eine Signalverarbeitungsvorrichtung 1003. Die Skala 1001 und der Detektionskopf 1002 sind so konfiguriert, dass sie in einer Richtung, in der die Verschiebung gemessen wird, relativ beweglich sind. Im Folgenden wird die Messrichtung als eine X-Richtung bezeichnet. Die Hauptoberflächen der Skala 1001 und des Detektionskopfs 1002 sind eine X-Y-Ebene, die zur X-Richtung und einer Y-Richtung, die zur X-Richtung senkrecht ist, parallel ist. Die Skala 1001 und der Detektionskopf 1002 sind in einer Z-Richtung, die zur X-Richtung und zur Y-Richtung senkrecht ist, getrennt angeordnet. Eine Operation jedes Abschnitts des Detektionskopfes 1002 wird z. B. in Reaktion auf ein von der Signalverarbeitungsvorrichtung 1003 ausgegebenes Steuersignal CON1 gesteuert. Ein Detektionssignal DET, das ein Detektionsergebnis des Detektionskopfes 1002 angibt, wird an die Signalverarbeitungsvorrichtung 1003 ausgegeben.
Der Codierer 1000 ist konfiguriert, z. B. ein vierphasiges Signal zu verwenden. Im Folgenden werden die Skala 1001 und der Detektionskopf 1002 beschrieben, wenn das vierphasige Signal verwendet wird. Es sollte erkannt werden, dass die Skala 1001 und der Detektionskopf 1002 der Skala 1001 bzw. dem Detektionskopf 1002 entsprechen.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Skala 1001 und des Detektionskopfes 1002, wenn das vierphasige Signal verwendet wird. 3 ist eine Draufsicht auf den Detektionskopf 1002, wenn das vierphasige Signal verwendet wird. Die Skala 1001 enthält ein plattenartiges Element 1001A, dessen Hauptfläche die X-Y-Ebene ist und dessen Längsrichtung die X-Richtung ist. Auf dem plattenartigen Element 1001A sind in der Y-Richtung die Skalenspuren T10 bis T13 angeordnet, die sich in der X-Richtung erstrecken. In jeder der Skalenspuren T10 bis T13 sind die Skalenwicklungen L10 bis L13 mit einer Periode P in der X-Richtung angeordnet. Die Skalenspuren T10 bis T13 sind in einer derartigen Weise angeordnet, dass die Skalenwicklungen L10 bis L13 in der Y-Richtung angeordnet sind, d. h., zum Erreichen einer Phasensynchronisation angeordnet sind.
Der Detektionskopf 1002 weist ein plattenartiges Element 1002A auf, dessen Hauptfläche die X-Y-Ebene ist. In den 2 und 3 sind zur Vereinfachung der Zeichnungen nur die Sendewicklungen LT10 bis LT13 und die Empfangswicklungen LR10 bis LR13 dargestellt, die jeweils den Skalenspuren T10 bis T13 der Skala 1001 entsprechen.
Die Sendewicklungen LT10 bis LT13 sind so angeordnet, dass sie jeweils die Wicklungen L10A bis L13A der Skalenwicklungen L10 bis L13 in der Z-Richtung überlappen.
Die Empfangswicklungen LR10 bis LR13 sind so angeordnet, dass sie jeweils die Wicklungen L10B bis L13B der Skalenwicklungen L10 bis L13 in der Z-Richtung überlappen. Die Empfangswicklung LR11 ist an einer Position angeordnet, die in der X-Richtung um 1/4 der Periode P, d. h., um P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR10 verschoben ist. Die Empfangswicklung LR12 ist an einer Position angeordnet, die in der X-Richtung um 1/4 der Periode P, d. h., um P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR11 und, d. h., um 1/2 der Periode P, d. h., um P/2 bezüglich der Empfangswicklung LR10 verschoben ist. Die Empfangswicklung LR13 ist an einer Position angeordnet, die in der X-Richtung um 1/4 der Periode P, d. h., um P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR12, d. h., um 1/2 der Periode P, d. h., um P/2 bezüglich der Empfangswicklung LR11, und, d. h., um 3/4 der Periode P, d. h., um 3P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR10 verschoben ist.
Als Nächstes wird die Positionsdetektion in der Skalenspur T10 beschrieben. Ein Wechselstromsignal wird z. B. von einer (nicht gezeigten) Erregerschaltung der Sendewicklung LT10 bereitgestellt, wobei ein induziertes Magnetfeld erzeugt wird. Durch das in der Sendewicklung LT10 erzeugte induzierte Magnetfeld wird in der Wicklung L10A der Skalenwicklung L10 ein induzierter Strom erzeugt. Im Ergebnis fließt außerdem ein induzierter Strom in der Wicklung L10B, die ein Paar mit der Wicklung L10A bildet. Durch den in der Wicklung L10B fließenden induzierten Strom wird ein induziertes Magnetfeld erzeugt, wobei durch das induzierte Magnetfeld ein induzierter Strom in der Empfangswicklung LR10 erzeugt wird. Der in der Empfangswicklung LR10 fließende induzierte Strom wird als ein (z. B. im Detektionssignal DET in 1 enthaltenes) Detektionssignal der Skalenwicklung L10 an die Signalverarbeitungsvorrichtung 1003 gesendet.
Es wird die Positionsdetektion in der Skalenspur T11 beschrieben. Die Skalenspur T11 weist die gleiche Struktur wie die Skalenspur T10 auf und führt die gleiche Operation aus. Die Sendewicklung LT11, die Wicklung L11A, die Wicklung L11B und die Empfangswicklung LR11 entsprechen der Sendewicklung LT10, der Wicklung L10A, der Wicklung L10B bzw. der Empfangswicklung LR10, wobei eine Beschreibung ihrer Einzelheiten weggelassen wird. Wie oben beschrieben worden ist, ist die Empfangswicklung LR11 an einer Position angeordnet, die in der X-Richtung um 1/4 der Periode P, d. h., um P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR10 verschoben ist. Deshalb ist ein Detektionssignal der Skalenwicklung L11 ein Signal, dessen Phase um 90° bezüglich des Detektionssignals der Skalenwicklung L10 verschoben ist.
Es wird die Positionsdetektion in der Skalenspur T12 beschrieben. Die Skalenspur T12 weist die gleiche Struktur wie die Skalenspur T10 auf und führt die gleiche Operation aus. Die Sendewicklung LT12, die Wicklung L12A, die Wicklung L12B und die Empfangswicklung LR12 entsprechen der Sendewicklung LT10, der Wicklung L10A, der Wicklung L10B bzw. der Empfangswicklung LR10, wobei eine Beschreibung ihrer Einzelheiten weggelassen wird. Wie oben beschrieben worden ist, ist die Empfangswicklung LR12 an einer Position angeordnet, die in der X-Richtung um 1/4 der Periode P, d. h., um P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR11 und, d. h., um 1/2 der Periode P, d. h., um P/2 bezüglich der Empfangswicklung LR10 verschoben ist. Deshalb ist ein Detektionssignal der Skalenwicklung L12 ein Signal, dessen Phase um 90° bezüglich des Detektionssignals der Skalenwicklung L11 verschoben ist und um 180° bezüglich des Detektionssignals der Skalenwicklung L10 verschoben ist.
Es wird die Positionsdetektion in der Skalenspur T13 beschrieben. Die Skalenspur T13 weist die gleiche Struktur wie die Skalenspur T10 auf und führt die gleiche Operation aus. Die Sendewicklung LT13, die Wicklung L13A, die Wicklung L13B und die Empfangswicklung LR13 entsprechen der Sendewicklung LT10, der Wicklung L10A, der Wicklung L10B bzw. der Empfangswicklung LR10, wobei eine Beschreibung ihrer Einzelheiten weggelassen wird. Wie oben beschrieben worden ist, ist die Empfangswicklung LR13 an einer Position angeordnet, die in der X-Richtung um 1/4 der Periode P, d. h., um P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR12, d. h., um 1/2 der Periode P, d. h., um P/2 bezüglich der Empfangswicklung LR11, und, d. h., um 3/4 der Periode P, d. h., um 3P/4 bezüglich der Empfangswicklung LR10 verschoben ist. Deshalb ist ein Detektionssignal der Skalenwicklung L13 ein Signal, dessen Phase bezüglich des Detektionssignals der Skalenwicklung L12 um 90° verschoben ist, bezüglich des Detektionssignals der Skalenwicklung L11 um 180° verschoben ist und bezüglich des Detektionssignals der Skalenwicklung L10 um 270° verschoben ist.
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration werden von den Empfangswicklungen LR10, LR12, LR11 bzw. LR13 die Signale RO bis R3 (die außerdem als die Signale der ersten bis vierten Phase bezeichnet werden) ausgegeben, die 0°, 180°, 90° und 270° entsprechen, wenn sich die Skala 1001 und der Detektionskopf 1002 in der X-Richtung relativ bewegen.
Als Nächstes wird die Signalverarbeitungsvorrichtung 1003 beschrieben. 4 zeigt schematisch eine Konfiguration der Signalverarbeitungsvorrichtung 1003. Die Signalverarbeitungsvorrichtung 1003 enthält wenigstens zwei Front-End-Schaltungen 10, zwei Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 11 und eine digitale Verarbeitungseinheit 12. Der Einfachheit halber wird eine der beiden Front-End-Schaltungen durch ein Bezugszeichen 10A bezeichnet, während die andere durch ein Bezugszeichen 10B bezeichnet wird, und wird einer der beiden A/D-Umsetzer durch ein Bezugszeichen 11A bezeichnet, während der andere durch ein Bezugszeichen 11B bezeichnet wird.
Die Front-End-Schaltung 10A verstärkt differentiell das der Phase 0 ° entsprechende Signal RO und das der Phase 180° entsprechende Signal R1 und gibt die verstärkten Signale an den A/D-Umsetzer 11A aus. Der A/D-Umsetzer 11A gibt ein digitales Signal, das einer Differenz zwischen den beiden empfangenen Signalen entspricht, an die digitale Verarbeitungseinheit 12 aus.
Die Front-End-Schaltung 10B verstärkt differentiell das Signal R2, das der Phase 90° entspricht, und das Signal R3, das der Phase 270° entspricht, und gibt die verstärkten Signale an den A/D-Umsetzer 11B aus. Der A/D-Umsetzer 11B gibt ein digitales Signal, das einer Differenz zwischen den beiden empfangenen Signalen entspricht, an die digitale Verarbeitungseinheit 12 aus.
Die digitale Verarbeitungseinheit 12 führt eine vorgegebene Signalverarbeitung an den beiden empfangenen digitalen Signalen aus, um eine Positionsdetektion im Codierer 1000 auszuführen, und gibt ein durch die Signalverarbeitung erhaltenes Signal aus.
Als eine Voraussetzung für das Verständnis der technischen Signifikanz der Front-End-Schaltung gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden als Nächstes eine Konfiguration einer allgemeinen Front-End-Schaltung und deren Probleme beschrieben. 5 zeigt schematisch eine Konfiguration einer allgemeinen Front-End-Schaltung 90. Die Front-End-Schaltung 90 enthält eine vollständig differentielle Schaltung mit geschalteten Kondensatoren. Hier wird die Front-End-Schaltung 90 beschrieben, die als ein vollständig differentieller Integrator des Typs mit geschalteten Kondensatoren mit einer Abtast-Halte-Funktion konfiguriert ist.
Die Front-End-Schaltung 90 enthält einen Vorverstärker 1, eine Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und eine Integrationsschaltung 3.
Der Vorverstärker 1 verstärkt ein Eingangssignal IN+ (d. h., das Signal RO oder das Signal R2) und ein Eingangssignal IN- (d. h., das Signal R1 oder das Signal R3) und gibt die verstärkten Signale an die Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren aus. Im Folgenden wird in 5 ein Anschluss 1A (oberer Eingangsanschluss) des Vorverstärkers 1, in den das Eingangssignal IN+ eingegeben wird, als ein erster Eingangsanschluss bezeichnet, während ein Anschluss 1B (unterer Eingangsanschluss) des Vorverstärkers 1, in den das Eingangssignal IN- eingegeben wird, als ein zweiter Eingangsanschluss bezeichnet wird. Ein Signal, das durch das Verstärken des in den Eingangsanschluss 1A eingegebenen Signals erhalten wird, wird von einem Ausgangsanschluss 1C (der außerdem als ein siebenter Ausgangsanschluss bezeichnet wird) des Vorverstärkers 1 ausgegeben, während ein Signal, das durch das Verstärken des in den Eingangsanschluss 1B eingegebenen Signals erhalten wird, von dem anderen Ausgangsanschluss 1D der (außerdem als ein achter Ausgangsanschluss bezeichnet wird) des Vorverstärkers 1 ausgegeben wird.
In der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren wird das vom Ausgangsanschluss 1C des Vorverstärkers 1 ausgegebene Signal in einen Eingangsanschluss 2A eingegeben, während das vom Ausgangsanschluss 1D ausgegebene Signal in einen Eingangsanschluss 2B eingegeben wird. Die Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren tastet die beiden Eingangssignale (die Ladungen der beiden Signale) ab und gibt die abgetasteten Signale (die Ladungen) an die Integrationsschaltung 3 aus. Die Ladung, die durch das Abtasten des in den Eingangsanschluss 2A eingegebenen Signals erhalten wird, wird von einem Ausgangsanschluss 2C (der außerdem als ein fünfter Ausgangsanschluss bezeichnet wird) ausgegeben, während die Ladung, die durch das Abtasten des in den Eingangsanschluss 2B eingegebenen Signals erhalten wird, von einem Ausgangsanschluss 2D (der außerdem als ein sechster Ausgangsanschluss bezeichnet wird) ausgegeben wird. Eine Konfiguration der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren wird später beschrieben.
Die Integrationsschaltung 3 enthält einen vollständig differentiellen Operationsverstärker 3A und die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2. Der Integrationskondensator C_FB1 ist zwischen den invertierenden Eingangsanschluss (der außerdem als ein dritter Eingangsanschluss bezeichnet wird) und den nichtinvertierenden Ausgangsanschluss (der außerdem als ein erster Ausgangsanschluss bezeichnet wird) des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A eingefügt. Der Integrationskondensator C_FB2 ist zwischen den nichtinvertierenden Eingangsanschluss (der außerdem als ein vierter Eingangsanschluss bezeichnet wird) und den invertierenden Ausgangsanschluss (der außerdem als ein zweiter Ausgangsanschluss bezeichnet wird) des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A eingefügt. Der nichtinvertierende Ausgangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A ist mit einem Ausgangsanschluss T_OUT+ (der außerdem als ein dritter Ausgangsanschluss bezeichnet wird) verbunden, wobei ein Ausgangssignal OUT+ von dem Ausgangsanschluss T_OUT+ ausgegeben wird. Der invertierende Ausgangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A ist mit einem Ausgangsanschluss T_OUT- (der außerdem als ein vierter Ausgangsanschluss bezeichnet wird) verbunden, wobei ein Ausgangssignal OUT- vom Ausgangsanschluss T_OUT-ausgegeben wird. Mit anderen Worten, der vollständig differentielle Operationsverstärker 3A gibt ein Signal, das durch das Verstärken von Differenzsignalen, die in den nichtinvertierenden Eingangsanschluss und den invertierenden Eingangsanschluss eingegeben werden, erhalten wird, von dem nichtinvertierenden Ausgangsanschluss und dem invertierenden Ausgangsanschluss als Differenzsignale aus.
Als Nächstes werden eine Konfiguration und ein Betrieb der Schaltung mit geschalteten Kondensatoren 2 beschrieben. Die Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren enthält die Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 und die Schalter S1 bis S8.
Der Schalter S1 ist zwischen den Ausgangsanschluss 1C des Vorverstärkers 1 und den Abtastkondensator C_SH1 eingefügt. Der Schalter S2 ist zwischen einen Knoten zwischen dem Schalter S1 und dem Abtastkondensator C_SH1 und eine Referenzspannungsquelle eingefügt. Im Folgenden wird eine Ausgangsspannung der Referenzspannungsquelle als REF bezeichnet. Die Referenzspannung REF ist z. B. um eine Massespannung. Der Schalter S3 ist zwischen den Abtastkondensator C_SH1 und den Ausgangsanschluss 2C der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren eingefügt. Der Schalter S4 ist zwischen einen Knoten zwischen dem Schalter S3 und dem Abtastkondensator C_SH1 und die Referenzspannungsquelle eingefügt.
Der Schalter S5 ist zwischen den Ausgangsanschluss 1D des Vorverstärkers 1 und den Abtastkondensator C_SH2 eingefügt. Der Schalter S6 ist zwischen einen Knoten zwischen dem Schalter S5 und dem Abtastkondensator CSH2 und die Referenzspannungsquelle eingefügt. Der Schalter S7 ist zwischen den Abtastkondensator C_SH2 und den Ausgangsanschluss 2D der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren eingefügt. Der Schalter S8 ist zwischen einen Knoten zwischen dem Schalter S7 und dem Abtastkondensator C_SH2 und die Referenzspannungsquelle eingefügt.
Die Schalter S1, S4, S5 und S8 (die außerdem als eine erste Schaltergruppe bezeichnet werden) werden in Reaktion auf ein Steuersignal φA synchron eingeschaltet und ausgeschaltet, während die Schalter S2, S3, S6 und S7 (die außerdem als eine zweite Schaltergruppe bezeichnet werden) in Reaktion auf ein Steuersignal φB synchron eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Die Schalter der ersten Schaltergruppe und die Schalter der zweiten Schaltergruppe sind so gesteuert, dass sie komplementär eingeschaltet sind. Das heißt, die Schalter, die in den beiden Gruppen enthalten sind, sind so gesteuert, dass sie nicht gleichzeitig eingeschaltet sind.
Im Folgenden wird ein Betrieb der Front-End-Schaltung 90 beschrieben. Wenn das Steuersignal φA HOCH wird und das Steuersignal φB TIEF wird, werden die Schalter S1, S4, S5 und S8 eingeschaltet und werden die Schalter S2, S3, S6 und S7 ausgeschaltet. Folglich werden die Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 bezüglich der Referenzspannung REF geladen, wobei die Spannung V_{OUT_PRE} abgetastet wird (Abtastoperation).
Wenn als Nächstes das Steuersignal φA TIEF wird und das Steuersignal φB HOCH wird, werden die Schalter S1, S4, S5 und S8 ausgeschaltet und werden die Schalter S2, S3, S6 und S7 eingeschaltet. Folglich wird die Ladung des Abtastkondensators C_SH1 zu dem Integrationskondensator C_FB1 übertragen, während die Ladung des Abtastkondensators C_SH2 zu dem Integrationskondensator CFB2 übertragen wird (Ladungsübertragungsoperation).
Die übertragenen Ladungen werden in den Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 der Integrationsschaltung 3 akkumuliert, wobei eine Ausgangsspannung ausgegeben wird, die den akkumulierten Ladungen entspricht. Eine Operation, bei der die Abtastoperation und die Ladungsübertragungsoperation einmal ausgeführt werden, wird als ein Abtastzyklus bezeichnet.
Als Nächstes wird die Ausgangsspannung der Front-End-Schaltung 90, d. h., die Ausgangsspannung VOUT, die die Differenzspannung zwischen dem Ausgangsanschluss T_OUT+ und dem Ausgangsanschluss T_OUT- ist, betrachtet. Im Folgenden sind die Kapazitäten der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 als C_SH definiert, sind die Kapazitäten der Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 als CFB definiert und ist eine Verstärkung des Vorverstärkers 1 als G_PRE definiert. Eine Differenzspannung (Eingangsspannung) zwischen dem Eingangssignal IN+ und dem Eingangssignal IN- ist als V_IN definiert, eine Spannung des Eingangssignals IN+ ist als +V_IN/2 definiert und eine Spannung des Eingangssignals IN- ist als -V_IN/2 definiert. Eine Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers 1 ist als ΔV_PRE definiert. Eine Eingangsoffsetspannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A ist als ΔV_INT definiert.
Hier wird angenommen, dass eine gemeinsame Spannung des Vorverstärkers 1 die gleiche wie die Referenzspannung REF ist. In diesem Fall werden die Ladungen Q_SH1 und Q_SH2, die während der Abtastoperation in die Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 geladen werden, durch die folgenden Ausdrücke [1] bzw. [2] ausgedrückt. In der folgenden Beschreibung werden die Berechnungen unter der Bedingung ausgeführt, dass die Referenzspannung REF null ist, um das Verständnis der Abtastoperation zu erleichtern. Eine Eingangsoffsetspannung am Eingangsanschluss 1A des Vorverstärkers 1 ist als V_PRE/2 definiert, während eine Eingangsoffsetspannung am Eingangsanschluss 1B als -ΔV_PRE/2 definiert ist. $Q_{SH 1} = C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2})$
$Q_{SH 2} = C_{SH} G_{PRE} (- \frac{V_{IN}}{2} - \frac{Δ V_{PRE}}{2})$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [1] bzw. [2] geben das Pluszeichen bzw. das Minuszeichen der an den eingangsseitigen Anschlüssen der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2, d. h., an den mit dem Vorverstärker 1 verbundenen Anschlüssen akkumulierten Ladungen an.
Als Nächstes werden die Ladungen Q'_SH1 und Q'_SH2, die in den Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 verbleiben, nachdem die Ladungen in der Ladungsübertragungsoperation übertragen worden sind, durch die folgenden Ausdrücke [3] bzw. [4] ausgedrückt. Im Folgenden ist eine gemeinsame Spannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A als 0 definiert, ist eine Eingangsoffsetspannung des invertierenden Eingangsanschlusses als ΔV_INT/2 definiert und ist eine Eingangsoffsetspannung des nichtinvertierenden Eingangsanschlusses als -ΔV_INT/2 definiert. $Q'_{SH 1} = C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}$
$Q'_{SH 2} = - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [3] und [4] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der an den ausgangsseitigen Anschlüssen der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2, d. h., an den mit dem vollständig differentiellen Operationsverstärker 3A verbundenen Anschlüssen akkumulierten Ladungen an.
In diesem Fall wird eine zu dem Integrationskondensator C_FB1 übertragene Ladung Q_FB1 durch die Differenz zwischen den Ausdrücken [1] und [3] ausgedrückt, während eine zu dem Integrationskondensator C_FB2 übertragene Ladung Q_FB2 durch die Differenz zwischen den Ausdrücken [2] und [4] ausgedrückt wird. $\begin{array}{l} Q_{FB 1} = - Q_{SH 1} - Q'_{SH 1} \\ = - C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2}) - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2} \end{array}$
$\begin{array}{l} Q_{FB 2} = - Q_{SH 2} - Q'_{SH 2} \\ = C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2}) + C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2} \\ = - Q_{FB 1} \end{array}$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [5] und [6] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der an den eingangsseitigen Anschlüssen der Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2, d. h., an dem mit den Eingangsanschlüssen des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbundenen Anschluss akkumulierten Ladungen an.
Deshalb wird die Ausgangsspannung VOUT, die eine Differenzspannung zwischen dem Ausgangssignal OUT+ und dem Ausgangssignal OUT- ist, durch den folgenden Ausdruck [7] ausgedrückt. $\begin{array}{l} V_{OUT} = (- \frac{Q_{FB 1}}{C_{FB}} + \frac{Δ V_{INT}}{2}) - (- \frac{Q_{FB 2}}{C_{FB}} - \frac{Δ V_{INT}}{2}) \\ = - \frac{2 Q_{FB 1}}{C_{FB}} + Δ V_{INT} \\ = - \frac{2}{C_{FB}} [- C_{SH} \cdot G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2}) - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}] + Δ V_{INT} \\ = G_{PRE} \frac{C_{SH}}{C_{FB}} (V_{IN} + Δ V_{PRE}) + \frac{C_{SH}}{C_{FB}} Δ V_{INT} + Δ V_{INT} \\ = G_{PRE} \frac{C_{SH}}{C_{FB}} V_{IN} + G_{PRE} \frac{C_{SH}}{C_{FB}} Δ V_{PRE} + (\frac{C_{SH}}{C_{FB}} + 1) Δ V_{INT} \end{array}$
Die Koeffizienten G_PRE*C_SH/C_FB multipliziert mit der Eingangsspannung V_IN des ersten Terms auf der rechten Seite des Ausdrucks [7] geben eine Signalverstärkung für die in die Front-End-Schaltung 90 eingegebene Eingangsspannung VIN an.
Der zweite Term der rechten Seite gibt an, dass die Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 durch die Signalverstärkung verstärkt wird.
Es wird allgemein erkannt, dass die Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 groß ist, wobei die durch die Signalverstärkung der Front-End-Schaltung 90 verstärkte Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE in der Ausgangsspannung VOUT enthalten ist.
C_SH/C_FB im dritten Term auf der rechten Seite ist eine Signalverstärkung der Integrationsschaltung 3. Deshalb gibt der dritte Term der rechten Seite an, dass die Eingangsoffsetspannung ΔV_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A um das [die Signalverstärkung der Integrationsschaltung + 1]-fache verstärkt wird. Das heißt, ein Einfluss der Eingangsoffsetspannung ΔV_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A wird außerdem zur Ausgangsspannung VOUT hinzugefügt.
Wie oben beschrieben worden ist, verursachen die Einflüsse der Eingangsoffsetspannungen dieser Verstärker eine Verschlechterung der Positionsdetektionsgenauigkeit im Codierer.
Andererseits schlägt die vorliegende Ausführungsform eine Front-End-Schaltung vor, die den Einfluss der Eingangsoffsetspannung des Vorverstärkers 1 eliminieren kann. Im Folgenden wird eine Front-End-Schaltung 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
6 zeigt schematisch eine Umrisskonfiguration der Front-End-Schaltung 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. 7 zeigt die Konfiguration der Front-End-Schaltung 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform ausführlicher. Die Front-End-Schaltung 10 weist eine Konfiguration auf, bei der die Schaltschaltungen 4 bis 6 zu der Front-End-Schaltung 90 hinzugefügt sind. Die Front-End-Schaltung 10 ist als eine Schaltung zum Ausführen der sogenannten korrelierten Doppelabtastung (CDS) durch das Umschalten der Verbindung durch die Schaltschaltungen 4 bis 6 konfiguriert. Der Vorverstärker 1 und die Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren sind die gleichen wie jene der Front-End-Schaltung 90, wodurch deren Beschreibung weggelassen wird.
Die Schaltschaltung 4 (die außerdem als eine erste Schaltschaltung bezeichnet wird) enthält die Schalter S11 bis S14 und ist zwischen die Eingangsanschlüsse T_IN+ und T_IN- und den Vorverstärker 1 eingefügt. Der Schalter S11 ist zwischen den Eingangsanschluss T_IN+ und einen Eingangsanschluss 1A (der außerdem als der erste Eingangsanschluss bezeichnet wird) des Vorverstärkers 1 geschaltet. Der Schalter S12 ist zwischen den Eingangsanschluss T_IN+ und den anderen Eingangsanschluss 1B (der außerdem als der zweite Eingangsanschluss bezeichnet wird) des Vorverstärkers 1 geschaltet. Der Schalter S13 ist zwischen der Eingangsanschluss T_IN- und den Eingangsanschluss 1B des Vorverstärkers 1 geschaltet. Der Schalter S14 ist zwischen den Eingangsanschluss T_IN- und den Eingangsanschluss 1A des Vorverstärkers 1 geschaltet.
Die Schalter S11 und S13 werden in Reaktion auf das Steuersignal φ1 eingeschaltet und ausgeschaltet, während die Schalter S12 und S14 in Reaktion auf das Steuersignal φ2 eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Ein Paar der Schalter S11 und S13 und ein Paar der Schalter S12 und S14 sind so gesteuert, dass sie komplementär eingeschaltet sind, d. h., nicht gleichzeitig eingeschaltet sind.
Die Schaltschaltung 5 (die außerdem als eine zweite Schaltschaltung bezeichnet wird) enthält die Schalter S21 bis S24 und ist zwischen die Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und die Integrationsschaltung 3 eingefügt. Der Schalter S21 ist zwischen einen Knoten zwischen dem Ausgangsanschluss 2C der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und dem invertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und eine eingangsseitige Elektrode E11 des Integrationskondensators C_FB1 geschaltet. Der Schalter S22 ist zwischen einen Knoten zwischen dem Ausgangsanschluss 2D der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und die eingangsseitige Elektrode E11 des Integrationskondensators C_FB1 geschaltet. Der Schalter S23 ist zwischen den Knoten zwischen dem Ausgangsanschluss 2D der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und eine eingangsseitige Elektrode E21 des Integrationskondensators C_FB2 geschaltet. Der Schalter S24 ist zwischen den Knoten zwischen dem Ausgangsanschluss 2C der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und dem invertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und die eingangsseitige Elektrode E21 des Integrationskondensators C_FB2 geschaltet.
Die Schalter S21 und S23 werden in Reaktion auf das Steuersignal φ1 eingeschaltet und ausgeschaltet, während die Schalter S22 und S24 in Reaktion auf das Steuersignal φ2 eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Ein Paar der Schalter S21 und S23 und ein Paar der Schalter S22 und S24 so sind gesteuert, dass sie komplementär eingeschaltet sind, d. h., nicht gleichzeitig eingeschaltet sind.
Die Schaltschaltung 6 (die außerdem als eine dritte Schaltschaltung bezeichnet wird) enthält die Schalter S31 bis S34 und ist zwischen die Integrationsschaltung 3 und die Ausgangsanschlüsse T_OUT+ und T_OUT- eingefügt. Der Schalter S31 ist zwischen eine ausgangsseitige Elektrode E12 des Integrationskondensators C_FB1 und einen Knoten zwischen dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und den Ausgangsanschlüssen T_OUT+ geschaltet. Der Schalter S32 ist zwischen die Elektrode E12 des Integrationskondensators C_FB1 und einen Knoten zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und den Ausgangsanschlüssen T_OUT- geschaltet. Der Schalter S33 ist zwischen eine ausgangsseitige Elektrode E22 des Integrationskondensators C_FB2 und den Knoten zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und den Ausgangsanschlüssen T_OUT- geschaltet. Der Schalter S34 ist zwischen die Elektrode E22 des Integrationskondensators C_FB2 und den Knoten zwischen dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A und den Ausgangsanschlüssen T_OUT+ geschaltet.
Die Schalter S31 und S33 werden in Reaktion auf das Steuersignal φ1 eingeschaltet und ausgeschaltet, während die Schalter S32 und S34 in Reaktion auf das Steuersignal φ2 eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Ein Paar der Schalter S31 und S33 und ein Paar der Schalter S32 und S34 sind so gesteuert, dass sie komplementär eingeschaltet sind, d. h., dass sie nicht gleichzeitig eingeschaltet sind.
Als Nächstes wird ein Betrieb der Front-End-Schaltung 10 beschrieben. Die Front-End-Schaltung 10 kann den Einfluss der Offsetspannung durch das zweimalige Ausführen des Abtastzyklus aufheben, während sich die Pegel der Steuersignale φ1 und φ2 ändern.
Erster Abtastzyklus
8 ist ein Ersatzschaltbild der Front-End-Schaltung 10 in einem ersten Abtastzyklus. Im ersten Abtastzyklus ist das Steuersignal φ1 auf HOCH gesetzt, um die Schalter S11, S13, S21, S23, S31 und S33 einzuschalten, während das Steuersignal φ2 auf TIEF gesetzt ist, um die Schalter S12, S14, S22, S24, S32 und S34 auszuschalten. In diesem Zustand wird der erste Abtastzyklus ausgeführt. Im Ergebnis werden Ladungen in den Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 akkumuliert.
Zweiter Abtastzyklus
9 zeigt ein Ersatzschaltbild der Front-End-Schaltung 10 in einem zweiten Abtastzyklus. Im zweiten Abtastzyklus ist das Steuersignal φ1 auf TIEF gesetzt, um die Schalter S11, S13, S21, S23, S31 und S33 auszuschalten, während das Steuersignal φ2 auf HOCH gesetzt ist, um die Schalter S12, S14, S22, S24, S32 und S34 einzuschalten. In diesem Zustand wird der zweite Abtastzyklus ausgeführt. Im Ergebnis werden in den Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 Ladungen akkumuliert.
In den obigen zwei Abtastzyklen ist die Spannung, die durch das Verstärken der Spannung V_IN/2 des Eingangssignals IN+ durch den Vorverstärker 1 erhalten wird, an den Integrationskondensator C_FB1 angelegt, während die Spannung, die durch das Verstärken der Spannung-V_IN/2 des Eingangssignals IN- durch den Vorverstärker 1 erhalten wird, an den Integrationskondensator C_FB2 angelegt ist.
Andererseits ist im ersten Abtastzyklus die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 durch den Vorverstärker 1 erhaltene Spannung (Ausgangsoffsetspannung des Vorverstärkers 1) an die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 in der gleichen Weise wie an die Front-End-Schaltung 90 angelegt. Das heißt, der Integrationskondensator C_FB1 wird bezüglich der Spannung geladen, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE/2 durch den Vorverstärker 1 erhalten wird, während der Integrationskondensator C_FB2 bezüglich der Spannung geladen wird, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE/2 durch den Vorverstärker 1 erhalten wird. Andererseits ist im zweiten Abtastzyklus die Spannung, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 durch den Vorverstärker 1 erhalten wird (Ausgangsoffsetspannung des Vorverstärkers 1), bezüglich des ersten Abtastzyklus invertiert und an die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 angelegt, mit anderen Worten, an die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 mit der entgegengesetzten Polarität bezüglich des ersten Abtastzyklus angelegt. Das heißt, der Integrationskondensator C_FB1 wird bezüglich der Spannung geladen, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung -ΔV_PRE/2 durch den Vorverstärker 1 erhalten wird, während der Integrationskondensator C_FB2 bezüglich der Spannung geladen wird, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE/2 durch den Vorverstärker 1 erhalten wird. Deshalb kann der Einfluss der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 auf die Ausgangsspannung VOUT aufgehoben werden.
Ferner ist im ersten Abtastzyklus die Eingangsoffsetspannung ΔV_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A an die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 in der gleichen Weise wie an die Front-End-Schaltung 90 angelegt. Das heißt, der Integrationskondensator C_FB1 wird bezüglich der Spannung geladen, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_INT/2 des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A erhalten wird, während der Integrationskondensator CFB2 bezüglich der Spannung geladen wird, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung-ΔV_INT/2 des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A erhalten wird. Andererseits ist im zweiten Abtastzyklus die Eingangsoffsetspannung ΔV_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A bezüglich des ersten Abtastzyklus invertiert und an die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 angelegt, mit anderen Worten, an die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 in der entgegengesetzten Polarität bezüglich des ersten Abtastzyklus angelegt. Das heißt, der Integrationskondensator C_FB1 wird bezüglich der Spannung geladen, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung -ΔV_INT/2 des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A erhalten wird, während der Integrationskondensator C_FB2 bezüglich der Spannung geladen wird, die durch das Verstärken der Eingangsoffsetspannung ΔV_INT/2 des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A erhalten wird. Deshalb kann der Einfluss der Eingangsoffsetspannung ΔV_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A auf die Ausgangsspannung VOUT aufgehoben werden.
Im Folgenden wird die Ausgangsspannung VOUT der Front-End-Schaltung 10 konkret betrachtet.
[Abtastoperation des ersten Abtastzyklus]
Die Ladungen Q_{SH1_1} und Q_{SH2_1}, die während der Abtastoperation des ersten Abtastzyklus in die Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 geladen werden, werden durch die folgenden Ausdrücke [8] bzw. [9] ausgedrückt. Wie oben beschrieben worden ist, wird angenommen, dass die gemeinsame Spannung des Vorverstärkers 1 die gleiche wie die Referenzspannung REF ist und die Referenzspannung REF null ist. $Q_{SH 1_1} = C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2})$
$Q_{SH 2_1} = C_{SH} G_{PRE} (- \frac{V_{IN}}{2} - \frac{Δ V_{PRE}}{2})$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [8] und [9] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der Ladungen an, die an den eingangsseitigen Anschlüssen der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2, d. h., an den mit dem Vorverstärker 1 verbundenen Anschlüssen akkumuliert werden.
Die Ladungen Q'_{SH1_1} und Q'_{SH2_1}, die in den Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 verbleiben, nachdem die Ladungen bei der Ladungsübertragungsoperation des ersten Abtastzyklus übertragen worden sind, werden durch die folgenden Ausdrücke [10] bzw. [11] ausgedrückt. Wie oben beschrieben worden ist, ist die gemeinsame Spannung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A null, ist die Spannung des invertierenden Eingangsanschlusses ΔV_INT/2 und ist die Spannung des nichtinvertierenden Eingangsanschlusses -ΔV_INT/2. $Q'_{SH 1_1} = C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}$
$Q'_{SH 2_2} = - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [10] und [11] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der Ladungen an, die an den ausgangsseitigen Anschlüssen der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2, d. h., an den mit dem vollständig differentiellen Operationsverstärker 3A verbundenen Anschlüssen akkumuliert werden.
In diesem Fall wird eine zu dem Integrationskondensator C_FB1 übertragene Ladung Q_{FB1_1} durch die Differenz zwischen den Ausdrücken [8] und [10] ausgedrückt, während eine zu dem Integrationskondensator C_FB2 übertragene Ladung Q_{FB2_1} durch die Differenz zwischen den Ausdrücken [9] und [11] ausgedrückt wird. $\begin{array}{l} Q_{FB 1_1} = - Q_{SH 1_1} - Q'_{SH 1_1} \\ = - C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2}) - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2} \end{array}$
$\begin{array}{l} Q_{FB 2_1} = - Q_{SH 2_1} - Q'_{SH 2_1} \\ = C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2}) + C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2} \\ = - Q_{FB 1_1} \end{array}$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [12] und [13] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der Ladungen an, die an den eingangsseitigen Anschlüssen der Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2, d. h., an den mit den Eingangsanschlüssen des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbundenen Anschlüssen akkumuliert werden.
[Abtastoperation des zweiten Abtastzyklus]
Die Ladungen Q_{SH1_2} und Q_{SH2_2}, die während der Abtastoperation des zweiten Abtastzyklus in die Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 geladen werden, werden durch die folgenden Ausdrücke [14] bzw. [15] ausgedrückt. $Q_{SH 1_2} = C_{SH} G_{PRE} (- \frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2})$
$Q_{SH 2_2} = C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} - \frac{Δ V_{PRE}}{2})$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [14] und [15] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der Ladungen an, die an den eingangsseitigen Anschlüssen der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2, d. h., an den mit dem Vorverstärker 1 verbundenen Anschlüssen akkumuliert werden.
Die Ladungen Q'_{SH1_2} und Q'_{SH2_2}, die in den Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2 verbleiben, nachdem die Ladung bei der Ladungsübertragungsoperation des zweiten Abtastzyklus übertragen worden ist, werden durch die folgenden Ausdrücke [16] bzw. [17] ausgedrückt. $Q'_{SH 1_2} = C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}$
$Q'_{SH 2_2} = - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2}$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [16] und [17] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der Ladungen an, die an den ausgangsseitigen Anschlüssen der Abtastkondensatoren C_SH1 und C_SH2, d. h., an den mit dem vollständig differentiellen Operationsverstärker 3A verbundenen Anschlüssen akkumuliert werden. Im zweiten Abtastzyklus ist der Ausgangsanschluss 2C der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren mit dem Integrationskondensator C_FB2 und dem invertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbunden, während der Ausgangsanschluss 2D mit dem Integrationskondensator C_FB1 und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbunden ist. Andererseits ist im ersten Abtastzyklus der Ausgangsanschluss 2C der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren mit dem Integrationskondensator C_FB1 und dem invertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbunden, während der Ausgangsanschluss 2D mit dem Integrationskondensator C_FB2 und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbunden ist.
Das heißt, in der vorliegenden Konfiguration wird jedes Mal, wenn der Zyklus gewechselt wird, die Verbindungsbeziehung zwischen der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren und den Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 invertiert, wobei die mit den Ausgangsanschlüssen 2C und 2D der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren verbundenen Integrationskondensatoren umgeschaltet werden.
In diesem Fall wird eine zu dem Integrationskondensator C_FB1 übertragene Ladung Q_{FB1_2} durch die Differenz zwischen den Ausdrücken [14] und [16] ausgedrückt, während eine zu dem Integrationskondensator C_FB2 übertragene Ladung Q_{FB2_2} durch die Differenz zwischen den Ausdrücken [15] und [17] ausgedrückt wird. $\begin{array}{l} Q_{FB 1_2} = - Q_{SH2_2} - Q'_{SH 2_2} \\ = - C_{SH} G_{PRE} (\frac{V_{IN}}{2} - \frac{Δ V_{PRE}}{2}) + \frac{Δ V_{INT}}{2} \end{array}$
$\begin{array}{l} Q_{FB 2_2} = - Q_{SH 1_2} - Q'_{SH 1_2} \\ = - C_{SH} G_{PRE} (- \frac{V_{IN}}{2} + \frac{Δ V_{PRE}}{2}) - C_{SH} \frac{Δ V_{INT}}{2} \\ = - Q_{FB 1_2} \end{array}$
Das Pluszeichen und das Minuszeichen in den Ausdrücken [18] und [19] geben das Pluszeichen und das Minuszeichen der Ladungen an, die an den eingangsseitigen Anschlüssen der Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2, d. h., an den mit den Eingangsanschlüssen des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A verbundenen Anschlüssen akkumuliert werden.
Deshalb werden die Ladungen Q_FB1 und Q_FB2, die im ersten Abtastzyklus und im zweiten Abtastzyklus in die Integrationskondensatoren C_FB1 und C_FB2 geladen werden, durch die folgenden Ausdrücke [20] bzw. [21] ausgedrückt. $\begin{array}{l} Q_{FB 1} = Q_{FB 1_1} + Q_{FB 1_2} \\ = - C_{SH} G_{PRE} V_{IN} \end{array}$
$\begin{array}{l} Q_{FB 2} = Q_{FB 2_1} + Q_{FB 2_2} \\ = C_{SH} G_{PRE} V_{IN} \\ = - Q_{FB 1} \end{array}$
Aus den Ausdrücken [20] und [21] wird die Ausgangsspannung VOUT durch den folgenden Ausdruck [22] ausgedrückt. $\begin{array}{l} V_{OUT} = (\frac{- Q_{FB 2}}{C_{FB}} + \frac{Δ V_{INT}}{2}) - (\frac{- Q_{FB 1}}{C_{FB}} - \frac{Δ V_{INT}}{2}) \\ = \frac{2 Q_{FB 1}}{C_{FB}} + Δ V_{INT} \\ = - 2 G_{PRE} \frac{C_{SH}}{C_{FB}} V_{IN} + Δ V_{INT} \end{array}$
Deshalb kann gemäß der vorliegenden Konfiguration der Einfluss der Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 aus der Ausgangsspannung VOUT eliminiert werden. Durch das Vergleichen des Ausdruck [7] mit dem Ausdruck [22] kann der Einfluss der relativ großen Eingangsoffsetspannung ΔV_PRE des Vorverstärkers 1 eliminiert werden, so dass im Ergebnis die Positionsdetektionsgenauigkeit des Codierers verbessert werden kann.
Wie aus dem Ausdruck [22] erkannt werden kann, kann gemäß der vorliegenden Konfiguration der Einfluss der Eingangsoffsetspannung ΔV_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A im Vergleich zur Front-End-Schaltung 90 (Gleichung [7]) verringert werden. Deshalb können in der vorliegenden Konfiguration die Einflüsse der Eingangsoffsetspannungen der Verstärker vorteilhaft verringert werden.
Ferner kann in der vorliegenden Konfiguration eine Verringerung des Rauschens, wie z. B. des 1/f-Rauschens, durch das Ausführen der sogenannten korrelierten Doppelabtastung (CDS) erreicht werden, bei der dasselbe Signal (die Eingangsspannung V_IN) in zwei Abschnitten abgetastet wird.
Weil ferner der Offset in der Ausgangsspannung unterdrückt werden kann, kann der Dynamikbereich der Front-End-Schaltung vergrößert werden.
In der Front-End-Schaltung 10 kann ein integriertes Abtasten ausgeführt werden, um das Rauschen zu verringern und die Verstärkung zu erhöhen. Das integrierte Abtasten bedeutet, dass ein Satz, der den ersten Abtastzyklus und den zweiten Abtastzyklus enthält, die oben beschrieben worden sind, mehrmals wiederholt wird. Wird zu dieser Zeit angenommen, dass die Verstärkung des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A, der nach dem integrierten Abtasten auf die Ausgangsspannung V_OUT wirkt, G_INT ist, wird die Ausgangsspannung V_OUT in diesem Fall durch den folgenden Ausdruck [23] ausgedrückt. $V_{OUT} = - 2 G_{INT} G_{PRE} \frac{C_{SH}}{C_{FB}} V_{IN} + Δ V_{INT}$
Weil im Ausdruck [23] nur die Eingangsspannung V_IN mit der Verstärkung G_INT des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A multipliziert wird, werden die Offsets der Verstärker eliminiert. Deshalb wird die Offsetkomponente, die in der durch das integrierte Abtasten erhaltenen Ausgangsspannung VOUT enthalten ist, eliminiert, wobei im Ergebnis die Positionsdetektionsgenauigkeit des Codierers weiter verbessert werden kann.
Andere beispielhafte Ausführungsformen
Es sollte angegeben werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt ist und geeignet geändert werden kann, ohne von ihrem Erfindungsgedanken abzuweichen. Es können z. B. der erste Abtastzyklus und der zweite Abtastzyklus in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
Solange wie der Einfluss der Offsetspannungen des Vorverstärkers 1 und des vollständig differentiellen Operationsverstärkers 3A wie in der obigen Ausführungsform verringert werden kann, können die Verbindungsbeziehungen zwischen dem Vorverstärker 1, der Schaltung 2 mit geschalteten Kondensatoren, der Integrationsschaltung 3 und den Schaltschaltungen in der Front-End-Schaltung geeignet geändert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein Absolutcodierer des Typs der elektromagnetischen Induktion als ein Beispiel eines Codierers beschrieben worden. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die oben beschriebene Front-End-Schaltung auf Codierer eines anderen Detektionstyps, wie z. B. eines optischen Typs, eines magnetischen Typs und eines kapazitiven Typs, angewendet werden kann. Ferner sollte erkannt werden, dass die oben beschriebene Front-End-Schaltung entweder auf einen Absolutcodierer oder einen Inkrementalcodierer angewendet werden.
Aus der hier beschriebenen Offenbarung wird es offensichtlich, dass die Ausführungsformen der Offenbarung in vielen Weisen variiert werden können. Derartige Variationen sind nicht als eine Abweichung vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Offenbarung zu registrieren, wobei alle derartigen Modifikationen, wie sie für einen Fachmann auf dem Gebiet obsolet wären, zur Aufnahme innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Ansprüche vorgesehen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200562123 [0002]
JP 200577137 [0002]
JP 2016161441 [0002]
WO 2010/103580 [0004]
JP 2002261614 [0004]
JP 200879129 [0004]

Claims

Front-End-Schaltung, die umfasst: einen Vorverstärker, der konfiguriert ist, die in einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss eingegebenen Signale zu verstärken; eine erste Schaltschaltung, die konfiguriert ist, ein erstes und ein zweites Eingangssignal zu empfangen und das erste und das zweite Eingangssignal abwechselnd und jeweils an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss auszugeben; eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren, die konfiguriert ist, zwei durch den Vorverstärker verstärkte Signale abzutasten; eine Integrationsschaltung, die einen vollständig differentiellen Operationsverstärker, der die Signale, die durch das Verstärken der zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsanschluss eingegebenen Differenzsignale erhalten werden, als Differenzsignale zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss ausgibt, und einen ersten und einen zweiten Integrationskondensator umfasst; eine zweite Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen der Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und einem Ende des ersten Integrationskondensators und einem Ende des zweiten Integrationskondensators umschalten kann; und eine dritte Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen dem anderen Ende des ersten Integrationskondensators und dem anderen Ende des zweiten Integrationskondensators und einem dritten und einem vierten Ausgangsanschluss umschalten kann, wobei eine doppelte Korrelationsabtastung ausgeführt wird, bei der ein Zyklus, der das Abtasten durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und eine Signalintegration durch die Integrationsschaltung enthält, zweimal ausgeführt wird, und jedes Mal, wenn sich der Zyklus ändert, die erste Schaltschaltungjeweils die Ausgangsziele des ersten und des zweiten Eingangssignals zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss umschaltet, die zweite Schaltschaltungjeweils die Ausgangsziele der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Integrationskondensator umschaltet und die dritte Schaltschaltungjeweils die Verbindungsziele des ersten und des zweiten Integrationskondensators zwischen dem dritten und dem vierten Ausgangsanschluss umschaltet.
Front-End-Schaltung nach Anspruch 1, wobei, in einem ersten Zyklus, der einer der beiden Zyklen ist, die erste Schaltschaltung jeweils das erste und das zweite Eingangssignal an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss des Vorverstärkers ausgibt, die zweite Schaltschaltungjeweils die beiden Signale, die durch das Abtasten der Signale erhalten werden, die durch das Verstärken des ersten und des zweiten Eingangssignals durch den Vorverstärker erhalten werden, an den ersten und den zweiten Integrationskondensator ausgibt und die dritte Schaltschaltung den ersten und den zweiten Integrationskondensator mit dem dritten bzw. dem vierten Ausgangsanschluss verbindet, und in einem zweiten Zyklus, der der andere der beiden Zyklen ist, die erste Schaltschaltung das erste und das zweite Eingangssignal an den zweiten bzw. den ersten Eingangsanschluss des Vorverstärkers ausgibt, die zweite Schaltschaltung die beiden Signale, die durch das Abtasten der Signale erhalten werden, die durch das Verstärken des zweiten und des ersten Eingangssignals durch den Vorverstärker erhalten werden, jeweils an den ersten und den zweiten Integrationskondensator ausgibt und die dritte Schaltschaltung den ersten und den zweiten Integrationskondensator mit dem vierten bzw. dem dritten Ausgangsanschluss verbindet.
Front-End-Schaltung nach Anspruch 2, wobei die erste Schaltschaltung umfasst: einen ersten Schalter, wobei das erste Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist; einen zweiten Schalter, wobei das erste Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist; einen dritten Schalter, wobei das zweite Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem zweiten Eingangsanschluss verbunden ist; und einen vierten Schalter, wobei das zweite Eingangssignal in dessen eines Ende eingegeben wird und dessen anderes Ende mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren umfasst: einen fünften Ausgangsanschluss, der eines der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale ausgibt; und einen sechsten Ausgangsanschluss, der das andere der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale ausgibt, die zweite Schaltschaltung umfasst: einen fünften Schalter, der zwischen den fünften Ausgangsanschluss und den ersten Integrationskondensator geschaltet ist; einen sechsten Schalter, der zwischen den sechsten Ausgangsanschluss und den ersten Integrationskondensator geschaltet ist; einen siebenten Schalter, der zwischen den sechsten Ausgangsanschluss und den zweiten Integrationskondensator geschaltet ist; und einen achten Schalter, der zwischen den fünften Ausgangsanschluss und den zweiten Integrationskondensator geschaltet ist, die zweite Schaltschaltung umfasst: einen neunten Schalter, der zwischen den ersten Integrationskondensator und den dritten Ausgangsanschluss eingefügt ist; einen zehnten Schalter, der zwischen den ersten Integrationskondensator und den vierten Ausgangsanschluss eingefügt ist; einen elften Schalter, der zwischen den zweiten Integrationskondensator und den vierten Ausgangsanschluss eingefügt ist; und einen zwölften Schalter, der zwischen den zweiten Integrationskondensator und den dritten Ausgangsanschluss eingefügt ist, wobei der erste, dritte, fünfte, siebente, neunte und elfte Schalter und der zweite, vierte, sechste, achte, zehnte und zwölfte Schalter komplementär eingeschaltet und ausgeschaltet werden, wenn sich der Zyklus ändert.
Front-End-Schaltung nach Anspruch 3, wobei in den ersten Zyklen der erste, dritte, fünfte, siebente, neunte und elfte Schalter eingeschaltet sind und der zweite, vierte, sechste, achte, zehnte und zwölfte Schalter ausgeschaltet sind und in dem anderen der beiden Zyklen der erste, dritte, fünfte, siebente, neunte und elfte Schalter ausgeschaltet sind und der zweite, vierte, sechste, achte, zehnte und zwölfte Schalter eingeschaltet sind.
Front-End-Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Vorverstärker die Signale, die durch das Verstärken der in den ersten und den zweiten Eingangsanschluss eingegebenen Signale erhalten werden, von dem siebenten bzw. achten Ausgangsanschluss ausgibt, das Signal, das durch das Abtasten des von dem siebenten Ausgangsanschluss ausgegebenen Signals erhalten wird, von dem fünften Ausgangsanschluss ausgegeben wird und das Signal, das durch das Abtasten des von dem achten Ausgangsanschluss ausgegebenen Signals erhalten wird, von dem sechsten Ausgangsanschluss ausgegeben wird.
Codierer, der umfasst: eine Skala, in der eine Skalenspur angeordnet ist; einen Detektionskopf, der konfiguriert ist, die Signale von zwei oder mehr Phasen auszugeben, die ein Detektionsergebnis der Skala angeben; und eine Signalverarbeitungsvorrichtung, die eine Front-End-Schaltung enthält, die konfiguriert ist, Signale zu empfangen, die zwei Phasen in den Signalen von zwei oder mehr Phasen entsprechen, wobei die Front-End-Schaltung umfasst: einen Vorverstärker, der konfiguriert ist, die in einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss eingegebenen Signale zu verstärken; eine erste Schaltschaltung, die konfiguriert ist, ein erstes und ein zweites Eingangssignal zu empfangen und das erste und das zweite Eingangssignal abwechselnd und jeweils an den ersten und den zweiten Eingangsanschluss auszugeben; eine Schaltung mit geschalteten Kondensatoren, die konfiguriert ist, zwei durch den Vorverstärker verstärkte Signale abzutasten; eine Integrationsschaltung, die einen vollständig differentiellen Operationsverstärker, der die Signale, die durch das Verstärken der zwischen dem dritten und dem vierten Eingangsanschluss eingegebenen Differenzsignale erhalten werden, als Differenzsignale zwischen dem zweiten und dem ersten Ausgangsanschluss ausgibt, und einen ersten und einen zweiten Integrationskondensator umfasst; eine zweite Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen der Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und einem Ende des ersten Integrationskondensators und einem Ende des zweiten Integrationskondensators umschalten kann; und eine dritte Schaltschaltung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Verbindungsbeziehung zwischen dem anderen Ende des ersten Integrationskondensators und dem anderen Ende des zweiten Integrationskondensators und einem dritten und einem vierten Ausgangsanschluss umschalten kann, wobei eine doppelte Korrelationsabtastung ausgeführt wird, bei der ein Zyklus, der das Abtasten durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren und eine Signalintegration durch die Integrationsschaltung enthält, zweimal ausgeführt wird, wobei jedes Mal, wenn sich der Zyklus ändert, die erste Schaltschaltungjeweils die Ausgangsziele des ersten und des zweiten Eingangssignals zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss umschaltet, die zweite Schaltschaltungjeweils die Ausgangsziele der beiden durch die Schaltung mit geschalteten Kondensatoren abgetasteten Signale zwischen dem ersten und dem zweiten Integrationskondensator umschaltet und die dritte Schaltschaltungjeweils die Verbindungsziele des ersten und des zweiten Integrationskondensators zwischen dem dritten und dem vierten Ausgangsanschluss umschaltet.