JP2009145273A - 振幅変調信号の同期検波方法及び回転信号処理器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の振幅変調信号の同期検波方法及び回転信号処理器は、励磁信号ｓｉｎωｔを用いて振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行うので、位相差αが無視できない値として存在し、正確な同期検波を行う際の支障となっている。
【解決手段】本発明による振幅変調信号の同期検波方法及び回転信号処理器は、励磁位相基準抽出手段１１５が、第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から搬送波位相成分ωｔ−αを励磁位相基準１１６として抽出し、同期検波手段１０４が、前記励磁位相基準抽出手段１１５から入力された前記励磁位相基準１１６を用いて前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転検出器から出力された第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から角度出力φを得る信号処理過程で、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う振幅変調信号の同期検波方法及び回転信号処理器であって、特に、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から抽出した搬送波位相成分ωｔ−αを励磁位相基準として、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行うことで、同期検波への位相差αの影響を小さく抑えることができ、同期検波の精度を向上できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の回転信号処理器としては、例えば非特許文献１等に示されている方法が用いられている。図９は、従来のトラッキング方式の回転信号処理器１００を示すブロック図である。図において、例えばレゾルバ等の回転検出器１には、励磁用増幅器２を介して励磁信号源３が接続されている。励磁信号源３からの励磁信号ｓｉｎωｔは、前記励磁用増幅器２によって増幅されて、前記回転検出器１に印加されている。なお、説明の便宜上、励磁信号ｓｉｎωｔの振幅を１とするが、実際には任意の係数が乗算される。回転検出器１の励磁コイル（図示せず）は前記励磁信号ｓｉｎωｔによって励磁される。励磁信号ｓｉｎωｔは入力角度θによって振幅変調され、回転検出器１の出力コイル（図示せず）からは、第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）と第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）とが回転信号として出力される。なお、αは、回転検出器１自体及びセンサケーブル等によって生じる位相差（位相ずれ／位相誤差）を示している。

回転検出器１の出力端子には、回転信号処理器１００（Ｒ／Ｄ変換器）が接続されている。この回転信号処理器１００は、第１及び第２乗算器１０１，１０２と、減算器１０３と、同期検波手段１０４と、ループ内増幅器１０７と、電圧制御発振器１０９と、カウンタ１１０と、Ｐ−ＲＯＭ１１１とから構成されている。また、回転信号処理器１００は、全体として制御偏差εを零とする負帰還制御系（トラッキング・ループ）を形成している。

前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）は、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２と前記減算器１０３との信号処理を経て振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）に変換される。なお、この例では、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）はｓｉｎ（θ−φ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）となるが、周知のように、信号処理の方法によりｆ（θ）は任意に変形される。

前記同期検波手段１０４は、励磁信号ｓｉｎωｔを用いて振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を得る。この同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜は、前述したトラッキング・ループの制御偏差εとなる。

前記電圧制御発振器１０９は、制御偏差εの大きさに応じた周波数のパルス信号ｄφ／ｄｔを出力する。前記カウンタ１１０は、前記パルス信号ｄφ／ｄｔのパルスをカウントすることで角度出力φを出力する。この角度出力φは、回転検出器１の入力角度θに相当するデジタル信号である。角度出力φは、前記Ｐ−ＲＯＭ１１１に入力され、前記Ｐ−ＲＯＭ１１１でｓｉｎφ，ｃｏｓφに変換される。このｓｉｎφ，ｃｏｓφは、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２にフィードバックされて、前記第１及び第２乗算器１０１，１０２での信号処理に用いられる。

日本電機工業会技術資料ＪＥＭ−１８７（平成５年１２月２０日 社団法人 日本電機工業会 発行）の１０頁の解説図１

上記のような従来の回転信号処理器では、励磁信号ｓｉｎωｔを用いて振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行うので、位相差αが無視できない値として存在し、正確な同期検波を行う際の支障となっている。
位相差αが大きくなると、回転信号処理器１００において等価的にトラッキング・ループのループゲインが低下することになり、結果的にダイナミック特性が劣化してしまう。このため、従来処理器では、位相差αの許容範囲を例えば±１０°以下等と設定して、この許容範囲内で使用するように規定している。また、位相差αを検出し、励磁信号ｓｉｎωｔの位相を、搬送波ｓｉｎ（ωｔ−α）の位相と一致させるか、又は前記許容範囲内に入るように、外部回路で調整している。しかしながら、位相差αの許容範囲は、実用に支障をきたすほど狭いため、位相差αの調整が非常に煩雑である。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、同期検波への位相差αの影響を小さく抑えることができ、同期検波の精度を向上できる振幅変調信号の同期検波方法及び回転信号処理器を提供することである。

本発明に係る振幅変調信号の同期検波方法は、励磁信号ｓｉｎωｔを入力角度θで振幅変調された回転検出器からの回転信号の信号処理過程で生じる振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波方法であって、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）と前記励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αを解消して同期検波を行う。

また、前記回転信号である第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）を励磁位相基準抽出手段に入力し、前記励磁位相基準抽出手段が、角度出力φを利用して、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、いずれか振幅の大きな信号を選択し、搬送波位相成分ωｔ−αを抽出信号として抽出する。

さらに、前記励磁位相基準抽出手段において、前記抽出信号が基準位相となる前記励磁信号ｓｉｎωｔの位相ωｔと比較され、前記位相差αが±９０°未満である場合は前記抽出信号を励磁位相基準として出力させ、前記位相差αが±９０°以上である場合は前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準として出力させる。

さらにまた、前記励磁位相基準を同期検波手段に入力し、前記同期検波手段が、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の変調信号ｆ（θ）の復調用の極性切替信号として前記励磁位相基準を用い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力する。

また、本発明に係る回転信号処理器は、回転検出器から出力された第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から角度出力φを得る信号処理過程で、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う回転信号処理器であって、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から搬送波位相成分ωｔ−αを励磁位相基準として抽出する励磁位相基準抽出手段と、前記励磁位相基準抽出手段に接続され、前記励磁位相基準抽出手段から入力された前記励磁位相基準を用いて前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う同期検波手段とを備える。

また、前記励磁位相基準抽出手段には、抽出信号選択部が設けられており、前記抽出信号選択部は、前記角度出力φに基づいて、前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）及び前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、振幅が大きいいずれか一方を選択し、この選択した前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から前記搬送波位相成分ωｔ−αを抽出する。前記抽出信号選択部は、角度信号φ１〜φ３を用いて入力角度θの象限を判定し、判定した入力角度θの象限に応じて、デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳ、及び前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳの反転信号−ＳＩＮ，−ＣＯＳのいずれかを出力することで、振幅が大きい前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）及び前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、前記搬送波位相成分ωｔ−αを周波数ωｔ−αのパルス列として抽出する。

さらに、前記励磁位相基準抽出手段には、位相差判別部が設けられており、前記位相差判別部は、前記搬送波位相成分ωｔ−αと前記励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αが±９０°未満であるか否かを判定し、位相差αが±９０°未満であると判定した場合に前記搬送波位相成分ωｔ−αを前記励磁位相基準とし、位相差αが±９０°以上であると判定した場合に前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準とする。

さらにまた、前記同期検波手段は、前記励磁位相基準を用いて復調用スイッチの極性切替を行うことで、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力する。

本発明の振幅変調信号の同期検波方法及び回転信号処理器によれば、励磁位相基準抽出手段が、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から搬送波位相成分ωｔ−αを励磁位相基準として抽出し、同期検波手段が、前記励磁位相基準抽出手段から入力された前記励磁位相基準を用いて前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行うので、常に励磁位相基準と前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）との間の位相差を零とすることができる。これにより、同期検波への位相差αの影響を小さく抑えることができ、同期検波の精度を向上できる。
換言すると、位相差αの影響を小さく抑えることで、トラッキング・ループのループゲインの低下をより確実に防止でき、ダイナミック特性の劣化をより確実に防止できる。また、位相差αを用いての励磁信号ｓｉｎωｔの位相調整も不要にできる。
また、より簡潔な回路で信号処理を実現でき、回路規模を小さく押さえることができる。また、モノリシックＩＣ化に際してチップ面積を小さく抑えることが可能となり、信頼性が高く、小型かつ低価格な商品化（量産）を実現できる。

また、前記抽出信号選択部は、前記角度出力φを用いて、前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）及び前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、振幅が大きいいずれか一方を選択して、この選択した前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から前記搬送波位相成分ωｔ−αを抽出するので、入力角度θの変化に対応してより確実に搬送波位相成分ωｔ−αを抽出でき、同期検波の精度を向上できる。

さらに、前記位相差判別部は、位相差αが±９０°未満であると判定した場合に前記搬送波位相成分ωｔ−αを前記同期検波のための前記励磁位相基準とするので、抽出の信頼性が高い範囲で搬送波位相成分ωｔ−αを前記励磁位相基準とでき、同期検波の精度を向上できる。また、位相差αが±９０°以上であると判定した場合に前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準とするので、仮に、位相差αが大きくなった場合でもトラッキング・ループを維持でき、全体としての動作の信頼性を向上できる。

さらにまた、前記同期検波手段は、前記励磁位相基準を用いて復調用スイッチの極性切替を行うことで、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を得るので、より確実に同期検波を行うことができ、同期検波の精度を向上できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による回転信号処理器の要部を示すブロック図であり、本発明の振幅変調信号の同期検波方法が適用された回転信号処理器を示している。なお、図１の回転信号処理器の全体としての構成は、従来の回転信号処理器（図９参照）と同様であるので、実施の形態の構成の説明に図９を援用する。なお、従来処理器と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。
図１において、励磁位相基準抽出手段１１５には、励磁信号ｓｉｎωｔと、回転信号である第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）と、角度出力φとが入力されている。図９に示すように、前記励磁信号ｓｉｎωｔは、励磁用増幅器２を介して回転検出器１（レゾルバ）に入力される信号である。第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）は、回転検出器１により前記励磁信号ｓｉｎωｔが入力角度θで振幅変調された信号である。αは、回転検出器１自体及びセンサケーブル等により生じる位相差（位相ずれ／位相誤差）を示している。角度出力φは、周知のように、第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）を信号処理することにより得られたデジタル信号であり、回転検出器１の入力角度θに相当する。

前記励磁位相基準抽出手段１１５は、前記励磁信号ｓｉｎωｔと、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）と、前記角度出力φとに基づいて、励磁位相基準１１６を生成する。励磁位相基準１１６に関しては、後に詳細に説明する。

前記励磁位相基準抽出手段１１５には、同期検波手段１０４が接続されている。同期検波手段１０４には、例えば減算器１０３（図９参照）からの振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）が入力されている。図９の例では、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）は、ｓｉｎ（θ−φ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）となるが、周知のように、採用される信号処理の方式によりｆ（θ）は任意に変形される。

後に詳しく説明するが、前記同期検波手段１０４は、前記励磁位相基準抽出手段１１５から入力された前記励磁位相基準１１６を用いて、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行うことで、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力する。この同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜は、回転信号処理器のトラッキング・ループの制御偏差εであり（図９参照）、回転信号処理器は制御偏差εを零とする処理を行うことで、前記角度出力φを得る。

次に、図２は図１の励磁位相基準抽出手段１１５を詳細に示すブロック図であり、図３は図２のデジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳを示す説明図である。図２において、励磁位相基準抽出手段１１５には、角度信号生成部１２０と、抽出信号選択部１２１と、位相差判別部１２２とが設けられている。

前記角度信号生成部１２０には、前記角度出力φが入力されている。この角度信号生成部１２０は、例えばＦＰＧＡ等により構成されており、前記角度出力φに基づいて角度信号φ１〜φ３を生成する。この角度信号φ１〜φ３は、後に図を用いて説明するが、各々１８０°，９０°，４５°の重み付けがされた２値のデジタル信号である。なお、一般的には角度出力φは絶対値として扱われており、その分解能に基づくビット数で構成された２進パラレル・デジタル信号であるため、特別に角度信号生成部１２０をもうけなくとも、上位３ビットがφ１〜φ３に相当する。

第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）は、第１及び第２コンパレータ１２５，１２６を通されることで、デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳに変換される。デジタル信号ＳＩＮは、全体として０°≦θ＜１８０°の場合に同相となり、１８０°≦θ＜３６０°の場合に逆相となる信号である。同様に、デジタル信号ＣＯＳは、全体として０°≦θ＜９０°，２７０°≦θ＜３６０°の場合に同相となり、９０°≦θ＜２７０°の場合に逆相となる信号である。周知のように、振幅変調信号の搬送波成分の周波数ωｔ−αは、変調成分の周波数θよりも十分に大きい。前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳは、図３に示すように、周波数ωｔ−αのパルス列がＨレベル，Ｌレベルと変化される信号である。つまり、デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳには、搬送波位相成分ωｔ−αが保持されている。

前記抽出信号選択部１２１には、前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳに変換された状態の第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）と、前記角度信号φ１〜φ３に変換された状態の前記角度出力φとが入力されている。

この抽出信号選択部１２１は、後述する論理回路により、前記角度出力φに基づいて、前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）及び前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、振幅が大きいいずれか一方を選択する。また、抽出信号選択部１２１は、選択した前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から前記搬送波位相成分ωｔ−αを抽出する。

励磁信号ｓｉｎωｔは、第３コンパレータ１２８を通されることで、デジタル信号ＲＥＦに変換される。前記デジタル信号ＲＥＦは、０°≦ωｔ＜１８０°の場合にＨレベルとなり、０°≦ωｔ＜１８０°の場合にＬレベルとなる信号である。すなわち、デジタル信号ＲＥＦは、周波数ωｔのパルス列であり、励磁信号位相成分ωｔを保持している。

前記位相差判別部１２２には、前記デジタル信号ＲＥＦに変換された状態の前記励磁信号ｓｉｎωｔと、前記抽出信号選択部１２１からの抽出信号１２７と、クロック１２９とが入力されている。

この位相差判別部１２２は、後述する論理回路により、前記搬送波位相成分ωｔ−αと励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αが±９０°未満であるか否かを判定する。また、位相差判別部１２２は、位相差αが±９０°未満であると判定した場合に前記搬送波位相成分ωｔ−αを前記励磁位相基準１１６とし、位相差αが±９０°以上であると判定した場合に前記励磁信号ｓｉｎωｔを前記励磁位相基準１１６とする。

次に、図４は図２の抽出信号選択部１２１の論理回路を示す回路図であり、図５は図４の角度信号φ１〜φ３と抽出信号１２７との関係を示す説明図である。抽出信号選択部１２１の論理回路は、象限判定回路部１３０と抽出選択回路部１３１とから構成されている。前記象限判定回路部１３０は、角度信号φ１〜φ３を入力としている。角度信号φ１〜φ３は、前述したように１８０°，９０°，４５°の重み付けがされた信号であり、図５に示すように入力角度θに応じてＨレベル又はＬレベルとなる。図４及び図５に示すように、象限判定回路部１３０は、入力角度θが９０°変化する毎に出力Ａ〜Ｄのいずれか１つがＨレベルとなる回路であり、入力角度θの象限を判定する回路である。

前記抽出選択回路部１３１は、４つのＡＮＤ回路と１つのＯＲ回路とから構成されている。各ＡＮＤ回路は、デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳ、反転信号−ＳＩＮ，−ＣＯＳ、及び前記各出力Ａ〜Ｄを入力としている。なお、反転信号−ＳＩＮ，−ＣＯＳは、デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳが反転された信号である。すなわち、ここでは−ＳＩＮ等と表記するが、−ＳＩＮ等の−は図４に示すバー（反転）を意味する。ＯＲ回路は、前記各ＡＮＤ回路の出力を入力としている。すなわち、前記抽出選択回路部１３１は、入力角度θが９０°変化する毎に、デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳ及び反転信号−ＳＩＮ，−ＣＯＳのいずれか１つを、抽出信号１２７として出力する回路である。

換言すると、前記象限判定回路部１３０の出力に応じて前記抽出選択回路部１３１が出力選択することで、振幅が大きいと判定された前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、周波数ωｔ−αのパルス列として前記搬送波位相成分ωｔ−αを抽出している。すなわち、抽出信号選択部１２１は、入力角度θの象限に拘わらず、確実に抽出信号１２７を出力できるように構成されている。なお、この抽出信号選択部１２１の論理回路は、第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）の搬送波成分の位相にずれが生じていないことを前提に構成されている。

次に、図６は図２の位相差判別部１２２の論理回路を示す回路図であり、図７は図６の論理回路における各信号を示すタイムチャートである。位相差判別部１２２の論理回路は、同期部１４０、ＣＬＲ信号生成部１４１、選択タイミング信号生成部１４２、位相差信号生成部１４５、位相差カウンタ１４６、位相差保持部１４７、励磁位相基準選択部１４８、及び機能切替スイッチ部１４９によって構成されている。

前記同期部１４０は、デジタル信号ＲＥＦとクロック１２９とを入力とするＤタイプ・フリップフロップである。この同期部１４０は、デジタル信号ＲＥＦをクロック１２９に同期させた同期ＲＥＦ信号１４０ａと、この同期ＲＥＦ信号１４０ａを反転させた反転同期ＲＥＦ信号１４０ｂとを出力する。

前記ＣＬＲ信号生成部１４１は、前記反転同期ＲＥＦ信号１４０ｂと、前記デジタル信号ＲＥＦとを入力とするＮＡＮＤ回路であり、反転ＣＬＲ信号１４１ａを出力する。前記選択タイミング信号生成部１４２は、前記同期ＲＥＦ信号１４０ａと、デジタル信号ＲＥＦを反転させた信号とを入力とするＡＮＤ回路であり、選択タイミング信号１４２ａを出力する。図６に示すように、前記反転ＣＬＲ信号１４１ａは、前記デジタル信号ＲＥＦの立ち上がりタイミングでＬレベルとなるパルス信号であり、選択タイミング信号１４２ａは、前記デジタル信号ＲＥＦの立ち下がりタイミングでＨレベルとなるパルス信号である。すなわち、反転ＣＬＲ信号１４１ａがＬレベルとなるタイミングと、選択タイミング信号１４２ａがＨレベルとなるタイミングは、互いに、前記デジタル信号ＲＥＦの半周期分ずらされている。

前記位相差信号生成部１４５は、前記同期ＲＥＦ信号１４０ａと、前記抽出信号１２７を反転した信号とを入力とするＡＮＤ回路であり、位相差信号１４５ａを出力する。この位相差信号１４５ａは、前記同期ＲＥＦ信号１４０ａと前記抽出信号１２７とが互いにずれている期間、すなわち位相差αの期間だけＨレベルとなる信号である。

前記位相差カウンタ１４６は、前記位相差信号１４５ａ、前記クロック１２９、及び前記反転ＣＬＲ信号１４１ａを入力とするカウンタである。この前記位相差カウンタ１４６は、前記位相差信号１４５ａがＨレベルであるときに、前記クロック１２９のパルス数をカウントする。また、前記位相差カウンタ１４６は、前記反転ＣＬＲ信号１４１ａがＬレベルとなったときに、カウントした前記クロック１２９のパルス数をクリアする。位相差カウンタ１４６は、前記クロック１２９のパルス数をカウントすることで、前記位相差αの大きさを検出する。

前記位相差カウンタ１４６の出力である位相差状態信号１４６ａは、位相差αが±９０°以上である場合にＨレベルとされ、位相差αが±９０°未満である場合にＬレベルとされる。なお、励磁周波数ωｔが例えば１０ｋＨｚであるとすると、位相差αが±９０°となるのは２５μｓｅｃである。このとき、クロック１２９の周波数が２０ＭＨｚであるとすると、５００カウントに達した場合に、位相差状態信号１４６ａがＨレベルにされる。

前記位相差保持部１４７は、前記位相差状態信号１４６ａと、定電圧信号１５０と、ＣＬＲ信号１４１ａとを入力とするＤタイプ・フリップフロップである。位相差保持部１４７は、位相差状態信号１４６ａの立ち上がりで定電圧信号１５０、すなわちＨレベルの状態を保持する。また、位相差保持部１４７は、反転ＣＬＲ信号１４１ａがＬレベルとなったタイミングで（デジタル信号ＲＥＦが立ち上がるタイミングで）、保持状態をクリアする。

前記励磁位相基準選択部１４８は、複数のＡＮＤ回路、Ｓ／Ｒタイプ・フリップフロップ、ＯＲ回路から構成されており、図７に示すように、選択タイミング信号１４２ａがＨレベルとなったタイミングで（デジタル信号ＲＥＦが立ち下がるタイミングで）、出力する信号を抽出信号１２７とデジタル信号ＲＥＦとで選択する回路である。すなわち、前記励磁位相基準選択部１４８は、位相差αが±９０°未満の場合に（位相差保持部１４７の反転出力−ＱがＨレベルの場合に）、抽出信号１２７を出力する。また、前記励磁位相基準選択部１４８は、位相差αが±９０°以上の場合に（位相差保持部１４７の出力ＱがＨレベルの場合に）、デジタル信号ＲＥＦ（励磁信号位相成分ωｔ）を出力する。

ここで、位相差αが±９０°以上である場合に、デジタル信号ＲＥＦが励磁位相基準１１６として出力されるのは、位相差αが±９０°以上であると抽出信号１２７の信頼性が低下するためであり、トラッキング・ループの維持が難しくなる可能性があるためである。本来、同期検波においては、位相差αが±９０°以上となる場合は全くの想定外であるが、位相差αが±９０°以上であっても、デジタル信号ＲＥＦを励磁位相基準１１６とすれば、極性反転、ループゲインの低下、及びダイナミック特性の劣化は防止できないが、トラッキング・ループの機能の維持を図ることができる。すなわち、励磁位相基準１１６として出力する信号を選択することで、全体としての動作の信頼性を向上している。

前記機能切替スイッチ部１４９は、位相差判別部１２２全体の機能を無効にするか否かを切り替えるためのスイッチである。すなわち、前記励磁位相基準選択部１４８の出力を励磁位相基準１１６として出力するか、従来と同様にデジタル信号ＲＥＦを励磁位相基準１１６として出力するかを切り替えるためのスイッチである。これは、運用システムの電源投入時（起動時）やレゾルバ断線復帰時等の過渡状態において、位相差判別部１２２が正常に機能しないことも想定されるためであり、その回避策として設けられたものである。すなわち、通常時は、前記励磁位相基準選択部１４８の出力が励磁位相基準１１６として出力される。

次に、図８は、図１の同期検波手段１０４を具体的に示す回路図である。図において、同期検波手段１０４は、インバータ１５５と復調用スイッチ１５６とから構成された回路であり、励磁位相基準１１６の出力レベルに応じて復調用スイッチ１５６の極性切替を行うことで、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の反転信号／非反転信号を出力するものである。すなわち、ｓｉｎ（ωｔ−α）が正の値をとる０°≦ωｔ−α＜１８０°の範囲で前記非反転信号を出力し、ｓｉｎ（ωｔ−α）が負の値をとる１８０°≦ωｔ−α＜３６０°の範囲で前記反転信号を出力することで、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を得る。これにより、より確実に同期検波を行うことができ、同期検波の精度を向上できる。

従って、この実施の形態における振幅変調信号の同期検波方法は、励磁信号ｓｉｎωｔを入力角度θで振幅変調された回転検出器１からの回転信号の信号処理過程で生じる振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波方法であって、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）と前記励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αを解消して同期検波を行っている。
また、前記回転信号である第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）を励磁位相基準抽出手段１１５に入力し、前記励磁位相基準抽出手段１１５が、角度出力φを利用して、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、いずれか振幅の大きな信号を選択し、搬送波位相成分ωｔ−αを抽出信号１２７として抽出している。
さらに、前記励磁位相基準抽出手段１１５において、前記抽出信号１２７が基準位相となる前記励磁信号ｓｉｎωｔの位相ωｔと比較され、前記位相差αが±９０°未満である場合は前記抽出信号１２７を励磁位相基準１１６として出力させ、前記位相差αが±９０°以上である場合は前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準１１６として出力させている。
さらにまた、前記励磁位相基準１１６を同期検波手段１０４に入力し、前記同期検波手段１０４が、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の変調信号ｆ（θ）の復調用の極性切替信号として前記励磁位相基準１１６を用い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力している。

また、この実施の形態における回転信号処理器は、前述の振幅変調信号の同期検波方法が適用されたものであり、回転検出器１から出力された第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から角度出力φを得る信号処理過程で、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う回転信号処理器であって、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から搬送波位相成分ωｔ−αを励磁位相基準１１６として抽出する励磁位相基準抽出手段１１５と、前記励磁位相基準抽出手段１１５に接続され、前記励磁位相基準抽出手段１１５から入力された前記励磁位相基準１１６を用いて前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う同期検波手段１０４とを備えている。
また、前記励磁位相基準抽出手段１１５には、抽出信号選択部１２１が設けられており、前記抽出信号選択部１２１は、前記角度出力φに基づいて、前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）及び前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、振幅が大きいいずれか一方を選択し、この選択した前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から前記搬送波位相成分ωｔ−αを抽出する。
さらに、前記抽出信号選択部１２１には、前記角度出力φが変換された信号であって、１８０°，９０°，４５°の重み付けがされた角度信号φ１〜φ３と、前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）が変換された信号であって、０°≦θ＜１８０°の場合に同相となり、１８０°≦θ＜３６０°の場合に逆相となる周波数ωｔ−αのパルス列であるデジタル信号ＳＩＮと、前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）が変換された信号であって、０°≦θ＜９０°，２７０°≦θ＜３６０°の場合に同相となり、９０°≦θ＜２７０°の場合に逆相となる周波数ωｔ−αのパルス列であるデジタル信号ＣＯＳとが入力され、前記抽出信号選択部１２１は、前記角度信号φ１〜φ３を用いて入力角度θの象限を判定し、判定した入力角度θの象限に応じて、前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳ、及び前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳの反転信号−ＳＩＮ，−ＣＯＳのいずれかを抽出信号１２７として出力することで、振幅が大きい前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、前記搬送波位相成分ωｔ−αを周波数ωｔ−αのパルス列として抽出する。
さらにまた、前記励磁位相基準抽出手段１１５には、位相差判別部１２２が設けられており、前記位相差判別部１２２は、前記搬送波位相成分ωｔ−αと励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αが±９０°未満であるか否かを判定し、前記位相差αが±９０°未満であると判定した場合に前記搬送波位相成分ωｔ−αを前記励磁位相基準１１６とし、前記位相差αが±９０°以上であると判定した場合に前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準とする。
また、前記同期検波手段１０４は、前記励磁位相基準１１６を用いて復調用スイッチ１５６の極性切替を行うことで、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力する。

本発明の実施の形態１による回転信号処理器の要部を示すブロック図である。 図１の励磁位相基準抽出手段を詳細に示すブロック図である。 図２のデジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳを示す説明図である。 図２の抽出信号選択部の論理回路を示す回路図である。 図４の角度信号φ１〜φ３と抽出信号との関係を示す説明図である。 図２の位相差判別部の論理回路を示す回路図である。 図６の論理回路における各信号を示すタイムチャートである。 図１の同期検波手段を具体的に示す回路図である。 従来のトラッキング方式の回転信号処理器を示すブロック図である。

符号の説明

１ 回転検出器
１０４ 同期検波手段
１１５ 励磁位相基準抽出手段
１１６ 励磁位相基準
１２１ 抽出信号選択部
１２２ 位相差判別部
１２７ 抽出信号
１５６ 復調用スイッチ

Claims (9)

1. 励磁信号ｓｉｎωｔを入力角度θで振幅変調された回転検出器（１）からの回転信号の信号処理過程で生じる振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波方法であって、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）と前記励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αを解消して同期検波を行うことを特徴とする振幅変調信号の同期検波方法。
2. 前記回転信号である第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）を励磁位相基準抽出手段（１１５）に入力し、
   前記励磁位相基準抽出手段（１１５）が、角度出力φを利用して、前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、いずれか振幅の大きな信号を選択し、搬送波位相成分ωｔ−αを抽出信号（１２７）として抽出することを特徴とする請求項１記載の振幅変調信号の同期検波方法。
3. 前記励磁位相基準抽出手段（１１５）において、
   前記抽出信号（１２７）が基準位相となる前記励磁信号ｓｉｎωｔの位相ωｔと比較され、前記位相差αが±９０°未満である場合は前記抽出信号（１２７）を励磁位相基準（１１６）として出力させ、
   前記位相差αが±９０°以上である場合は前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準（１１６）として出力させることを特徴とする請求項２記載の振幅変調信号の同期検波方法。
4. 前記励磁位相基準（１１６）を同期検波手段（１０４）に入力し、
   前記同期検波手段（１０４）が、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の変調信号ｆ（θ）の復調用の極性切替信号として前記励磁位相基準（１１６）を用い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の振幅変調信号の同期検波方法。
5. 回転検出器（１）から出力された第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から角度出力φを得る信号処理過程で、振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う回転信号処理器であって、
   前記第１及び第２振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α），ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から搬送波位相成分ωｔ−αを励磁位相基準（１１６）として抽出する励磁位相基準抽出手段（１１５）と、
   前記励磁位相基準抽出手段（１１５）に接続され、前記励磁位相基準抽出手段（１１５）から入力された前記励磁位相基準（１１６）を用いて前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行う同期検波手段（１０４）と
   を備えていることを特徴とする回転信号処理器。
6. 前記励磁位相基準抽出手段（１１５）には、抽出信号選択部（１２１）が設けられており、
   前記抽出信号選択部（１２１）は、
   前記角度出力φに基づいて、前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）及び前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、振幅が大きいいずれか一方を選択し、この選択した前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から前記搬送波位相成分ωｔ−αを抽出することを特徴とする請求項５記載の回転信号処理器。
7. 前記抽出信号選択部（１２１）には、
   前記角度出力φに基づく信号であって、１８０°，９０°，４５°の重み付けがされた角度信号φ１〜φ３と、
   前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）が変換された信号であって、０°≦θ＜１８０°の場合に同相となり、１８０°≦θ＜３６０°の場合に逆相となる周波数ωｔ−αのパルス列であるデジタル信号ＳＩＮと、
   前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）が変換された信号であって、０°≦θ＜９０°，２７０°≦θ＜３６０°の場合に同相となり、９０°≦θ＜２７０°の場合に逆相となる周波数ωｔ−αのパルス列であるデジタル信号ＣＯＳと
   が入力され、
   前記抽出信号選択部（１２１）は、
   前記角度信号φ１〜φ３を用いて入力角度θの象限を判定し、
   判定した入力角度θの象限に応じて、前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳ、及び前記デジタル信号ＳＩＮ，ＣＯＳの反転信号−ＳＩＮ，−ＣＯＳのいずれかを抽出信号（１２７）として出力することで、振幅が大きい前記第１振幅変調信号ｓｉｎθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）又は前記第２振幅変調信号ｃｏｓθ・ｓｉｎ（ωｔ−α）から、前記搬送波位相成分ωｔ−αを周波数ωｔ−αのパルス列として抽出することを特徴とする請求項６記載の回転信号処理器。
8. 前記励磁位相基準抽出手段（１１５）には、位相差判別部（１２２）が設けられており、
   前記位相差判別部（１２２）は、
   前記搬送波位相成分ωｔ−αと励磁信号ｓｉｎωｔとの位相差αが±９０°未満であるか否かを判定し、前記位相差αが±９０°未満であると判定した場合に前記搬送波位相成分ωｔ−αを前記励磁位相基準（１１６）とし、前記位相差αが±９０°以上であると判定した場合に前記励磁信号ｓｉｎωｔの励磁信号位相成分ωｔを前記励磁位相基準とすることを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の回転信号処理器。
9. 前記同期検波手段（１０４）は、
   前記励磁位相基準（１１６）を用いて復調用スイッチ（１５６）の極性切替を行うことで、前記振幅変調信号ｆ（θ）・ｓｉｎ（ωｔ−α）の同期検波を行い、同期検波信号ｆ（θ）・｜ｓｉｎ（ωｔ−α）｜を出力することを特徴とする請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載の回転信号処理器。

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