JP2011196904A - Sensor voltage processing circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転体の回転に追従して周期的に変化する電圧を出力するセンサに接続して用いる回路であり、センサ電圧(センサの出力電圧)を処理する回路に関する。 The present invention relates to a circuit that is used by being connected to a sensor that outputs a voltage that periodically changes following the rotation of a rotating body, and relates to a circuit that processes a sensor voltage (an output voltage of the sensor).
回転体の回転を検出するために、特許文献1に記載の技術が提案されている。特許文献1の技術は、図21に示すように、外周部に多数の歯908を有する回転体907の回転を検出するために、一対のセンサ901と、プリアンプ902と、オフセット調整器921と、メインアンプ920と、論理判定部904と、初期化判定部903と、再初期化判定部930を備えている。
In order to detect the rotation of the rotating body, a technique described in
この回転検出装置は、以下のようなメカニズムで回転速度等を検出する。
(1)各々のセンサ901はホール素子であり、回転体907が有する歯908とセンサ901の位置関係の変化に追従して変化するセンサ電圧を出力する。
(2)プリアンプ902はセンサ電圧を一次増幅して出力する。
(3)回転体907が回転すると一次増幅後のセンサ電圧は周期的に変化する。一次増幅後のセンサ電圧は、周期的に変化する交流成分に直流成分が重複した電圧となっている。
(4)一次増幅後のセンサ電圧に含まれている直流電圧の値は、電源電圧の変化あるいは環境温度の変化等に依存して変化する。オフセット電圧を適切に調整しないと、メインアンプ920で二次増幅した後のセンサ電圧が、回路の動作電圧範囲外となることがある。
(5)一次増幅後のセンサ電圧に含まれている交流電圧の振幅は、電源電圧の変化あるいは環境温度の変化等に依存して変化する。メインアンプ920の増幅率を適切に調整しないと、二次増幅後のセンサ電圧の振幅が過大となって回路の動作範囲外となったり、過小となって信号処理の精度が低下したりすることがある。
(6)オフセット調整器921は、一次増幅後のセンサ電圧の振幅の中央値が所定の範囲に収まるようなオフセット電圧に調整し、一次増幅後のセンサ電圧とオフセット電圧との差をメインアンプ920に出力する。
(7)メインアンプ920は、前記差を増幅した電圧にオフセット電圧が重畳した電圧を論理判定部904に出力する。
(8)論理判定部904は、オフセット電圧を基準にして周期的に変化する二次増幅後のセンサ電圧を論理演算し、センサ電圧を2値化したパルス列を出力する。
This rotation detection device detects a rotation speed and the like by the following mechanism.
(1) Each
(2) The
(3) When the rotating
(4) The value of the DC voltage included in the sensor voltage after the primary amplification changes depending on the change of the power supply voltage or the change of the environmental temperature. If the offset voltage is not adjusted appropriately, the sensor voltage after secondary amplification by the
(5) The amplitude of the AC voltage included in the sensor voltage after the primary amplification changes depending on a change in the power supply voltage or a change in the environmental temperature. If the amplification factor of the
(6) The
(7) The
(8) The
この回転検出装置は、適切なオフセット電圧と適切な増幅率に調整するために、初期化判定部903と再初期化判定部930とを備えている。
(9)初期化判定部903は、電源投入直後の初期状態において、メインアンプ920の増幅率を、二次増幅後のセンサ電圧の振幅が過大でも過小でもない振幅となる増幅率に調整する。
(10)電源投入直後の初期状態に、回転体907が回転していないにも係わらず、たとえば回転体907の回転中心位置がセンサ901に対して振動したり、あるいは回転体907が微小角度範囲内で回転振動したりすることがあり、センサ電圧が周期的に変動することがある。この場合のセンサ電圧の振幅は小さく、その小さな振幅を適切な振幅に増幅するために、初期化判定部903が大きな増幅率に調整することがある。
(11)前記(10)が発生した場合、その後に回転体907が回転運動を開始すると、センサ電圧の振幅が増大し、初期化判定部903で調整した増幅率でメインアンプ920が増幅すると、二次増幅後のセンサ電圧の振幅が過大となることがある。
(12)再初期化判定部930は、初期化判定部903で調整した増幅率が過大である場合に増幅率を低減させる。具体的には、二次増幅後のセンサ電圧が、回路の動作電圧範囲の上限電圧よりも所定電圧だけ低いレベル(以下では高レベルという)を超えて上昇し、動作電圧範囲の下限電圧よりも所定電圧だけ高いレベル(以下では低レベルという)を下回って下降する場合に、メインアンプ920の増幅率を低減させる。すなわち、二次増幅後のセンサ電圧が、高レベルから低レベルまでの範囲内に収まるように増幅率を低減させる。
The rotation detection device includes an
(9) The
(10) Although the rotating
(11) When the above (10) occurs, when the rotating
(12) The
特許文献1の技術では、再初期化判定部930で増幅率を修正するまでの間は増幅率が適切な値に調整されず、回転体907の回転を精度よく検出できるようになるまでの期間が長くなってしまう。
特に、特許文献1の技術では、オフセット電圧が不適切に調整されている場合と増幅率が不適切に調整されている場合を区別するために、二次増幅後のセンサ電圧が高レベルを上回るとともに低レベルを下回ることを確認して増幅率を調整するために、増幅率を適値に調整するのに長時間を要する。
In the technique of
In particular, in the technique of
本発明では、回転検出が可能となるまでの期間を短縮化する。そのために本発明では、オフセット電圧を早期に調整し終え、その後の増幅後電圧の変化幅を監視する方式を採用することによって、増幅後のセンサ電圧の振幅が判明するのを待たないで増幅率を調整する。また、最大の増幅率から増幅率を低減するプロセスを経て増幅率を適値に調整する。従来技術は、増幅率の適値を仮に決定し、それを修正するという2段階プロセスを経る。本発明では、1段階プロセスで増幅率を調整し、事後的調整を実施しない。 In the present invention, the period until the rotation can be detected is shortened. Therefore, in the present invention, by adopting a method in which the offset voltage is adjusted early and the change width of the subsequent amplified voltage is monitored, the amplification factor can be obtained without waiting for the amplitude of the amplified sensor voltage to be determined. Adjust. Further, the amplification factor is adjusted to an appropriate value through a process of reducing the amplification factor from the maximum amplification factor. The conventional technique goes through a two-step process of temporarily determining an appropriate value of the amplification factor and correcting it. In the present invention, the amplification factor is adjusted in a one-step process, and no subsequent adjustment is performed.
本発明は、回転体の回転に追従して周期的に変化するセンサ電圧を処理する新たな回路を提供する。本発明の処理回路は、オフセット電圧を基準にしてセンサ電圧を増幅した電圧を出力するともに、オフセット電圧と増幅率が調整可能な増幅回路と、増幅回路の出力電圧の極大値と極小値を保存する極値保存回路と、極値保存回路が保存している極大値と極小値に基づいて増幅回路の出力電圧を2値化する2値化回路と、調整回路とを備えている。その調整回路は、増幅回路の出力電圧と極値保存回路に保存されている極大値または極小値に基づいて増幅回路に対してオフセット電圧の調整信号と増幅率の調整信号を出力するとともに、極値保存回路に対してその極値保存回路に保存されている極値を補正する信号を出力する。さらに、調整回路は、初期化処理時に、1)増幅回路に対して増幅率を最大値とする調整信号を出力し、2)増幅回路に対して増幅回路の出力電圧が動作電圧範囲の中間帯に入るようなオフセット電圧に調整する調整信号を出力し、3)極値保存回路に対して極値保存回路が保存している極大値と極小値を前記中間帯内の電圧に等しくする信号を出力する。調整回路は、その後に、4)増幅回路の出力電圧が極値保存回路に保存されている極大値または極小値から所定幅を超えて変化した時に、増幅回路に対して増幅率を低減させる調整信号を出力するとともに、極値保存回路に対して極値保存回路が保存している極値を補正する信号を出力する。増幅回路の出力電圧が回転体の回転運動に固有な変化パターンを示すまで前記4)の処理を繰り返し実行する。 The present invention provides a new circuit for processing a sensor voltage that periodically changes following the rotation of a rotating body. The processing circuit of the present invention outputs a voltage obtained by amplifying the sensor voltage with reference to the offset voltage, and stores the maximum value and the minimum value of the output voltage of the amplifier circuit, the amplifier circuit capable of adjusting the offset voltage and the amplification factor An extreme value storage circuit, a binarization circuit that binarizes the output voltage of the amplifier circuit based on the local maximum value and the local minimum value stored in the local extreme value storage circuit, and an adjustment circuit. The adjustment circuit outputs an adjustment signal for the offset voltage and an adjustment signal for the amplification factor to the amplification circuit based on the output voltage of the amplification circuit and the local maximum value or the local minimum value stored in the extreme value storage circuit. A signal for correcting the extreme value stored in the extreme value storage circuit is output to the value storage circuit. Further, during the initialization process, the adjustment circuit 1) outputs an adjustment signal that maximizes the amplification factor to the amplifier circuit, and 2) outputs the output voltage of the amplifier circuit to the amplifier circuit in the middle of the operating voltage range. 3) A signal for making the maximum value and the minimum value stored in the extreme value storage circuit equal to the voltage in the intermediate band with respect to the extreme value storage circuit. Output. The adjustment circuit then adjusts the amplification circuit to reduce the amplification factor when the output voltage of the amplification circuit changes beyond a predetermined value from a maximum value or a minimum value stored in the extreme value storage circuit. A signal is output and a signal for correcting the extreme value stored in the extreme value storage circuit is output to the extreme value storage circuit. The process of 4) is repeated until the output voltage of the amplifier circuit shows a change pattern unique to the rotational motion of the rotating body.
前記増幅回路は、センサ電圧自体を増幅するものであってもよいし、センサ電圧をプリ増幅回路で増幅した一次増幅電圧を二次増幅するものであってもよい。前記中間帯の幅の広さは特に限定されない。動作電圧範囲の半幅程度以下であれば、所期の目的を達成することができる。調整回路は、少なくとも増幅率の調整信号を出力する際に、極値保存回路が保存している極大値または極小値を参照するものであればよい。オフセット電圧の調整信号を出力する際には、極大値または極小値を参照しないものであってもよい。その場合の調整回路も、「増幅回路の出力電圧と極値保存回路が保存している極大値または極小値に基づいて増幅回路に対してオフセット電圧の調整信号と増幅率の調整信号を出力する」調整回路に相当する。 The amplifying circuit may amplify the sensor voltage itself, or may amplify the primary amplified voltage obtained by amplifying the sensor voltage by the preamplifier circuit. The width of the intermediate band is not particularly limited. If the operating voltage range is about half or less of the operating voltage range, the intended purpose can be achieved. The adjustment circuit only needs to refer to the maximum value or the minimum value stored in the extreme value storage circuit when outputting the adjustment signal of at least the amplification factor. When the offset voltage adjustment signal is output, the maximum value or the minimum value may not be referred to. In this case, the adjustment circuit also outputs “the offset voltage adjustment signal and the amplification factor adjustment signal to the amplification circuit based on the output voltage of the amplification circuit and the maximum value or the minimum value stored in the extreme value storage circuit. Corresponds to the adjustment circuit.
前記した調整回路は、増幅率を最大値に固定した状態で、増幅回路の出力電圧(増幅後電圧)が動作電圧範囲の中間帯に入るようなオフセット電圧に調整する。そのために、その後に増幅率を調整しても、増幅後電圧が動作電圧範囲外になることがないオフセット電圧に調整される。また、少なくとも中間帯から動作電圧範囲の上限または下限までのレンジで変化する増幅後電圧が処理可能となる。
前記した調整回路は、極値保存回路に対して極値保存回路が保存している極値を動作電圧範囲の中間帯内の電圧とする信号を出力する。その結果、極値保存回路が保存している極大値と極小値の初期値が中間値とされ、増幅後電圧がその後に変化するのに追従して、極値保存回路が保存している極大値と極小値が更新されていく。極値保存回路が最初に保存する極値を、オフセット電圧を調整し終えた時の増幅後電圧に等しくしてもよい。オフセット電圧を調整し終えた時の増幅後電圧は中間帯の内にある。
前記の調整回路は、その後に増幅率を調整する。この場合、極値保存回路が保存している極大値または極小値からの変化幅に基づいて増幅率を調整する。例えば、センサ電圧が上昇中の場合には、増幅後電圧の最後の極小値からの増加分が所定幅を超えれば、増幅後電圧の振幅が過大であるとして増幅率を低減する。逆に、センサ電圧が下降中の場合には、増幅後電圧の最後の極大値からの下降分が所定幅を超えれば、増幅後電圧の振幅が過大であるとして増幅率を低減する。いずれの場合も、次に極値をなるのを待たずに(換言すれば増幅後電圧の振幅の大小が判明するのを待たないで)増幅率を低減させていく。ここでいう所定幅は、増幅率を変更するか否かの基準とする電圧であり、増幅率変更判定電圧に相当する。
本処理回路では、増幅率が過大であることが判明して増幅率を低減させる調整信号を出力する時に、極値保存回路に対して極値保存回路に保存されている極値を補正する信号を出力する。その結果、極大値または極小値からの変化幅に基づいて、低減後の増幅率が過大であるか否かを判別することができる。
増幅後電圧が回転運動に固有な変化パターンを示すまで、増幅率の低減処理と保存されている極値の補正処理を繰り返し、増幅後電圧が回転運動に固有な変化パターンを示した時に増幅率の調整処理を完了する。
以上の処理によって、増幅後電圧が動作電圧範囲に収まるオフセット電圧に調整され、動作電圧範囲を有効に活用する増幅率に調整される。しかも、事後的に増幅率を調整する必要のない増幅率に調整される。
上記のセンサ電圧処理回路によると、電源投入から適切なオフセット電圧と適切な増幅率に調整するまでの期間を短縮化することができ、回転現象を高精度で検出可能となるまでの期間を短縮化することができる。
The adjustment circuit described above adjusts the offset voltage so that the output voltage (amplified voltage) of the amplifier circuit falls in the intermediate band of the operating voltage range with the amplification factor fixed to the maximum value. Therefore, even if the amplification factor is adjusted thereafter, the amplified voltage is adjusted to an offset voltage that does not fall outside the operating voltage range. In addition, it is possible to process an amplified voltage that changes at least in the range from the intermediate band to the upper limit or lower limit of the operating voltage range.
The adjustment circuit described above outputs a signal that uses the extreme value stored in the extreme value storage circuit as a voltage in the intermediate band of the operating voltage range to the extreme value storage circuit. As a result, the maximum value stored in the extreme value storage circuit and the initial value of the minimum value are set as intermediate values, and the maximum value stored in the extreme value storage circuit follows the change in the voltage after amplification. Values and local minimums are updated. The extreme value stored first by the extreme value storage circuit may be equal to the amplified voltage when the offset voltage has been adjusted. The amplified voltage when the offset voltage is adjusted is within the intermediate band.
The adjustment circuit adjusts the amplification factor thereafter. In this case, the amplification factor is adjusted based on the change range from the maximum value or the minimum value stored in the extreme value storage circuit. For example, when the sensor voltage is rising, if the increase from the last minimum value of the amplified voltage exceeds a predetermined width, the amplification factor is reduced because the amplitude of the amplified voltage is excessive. On the contrary, when the sensor voltage is decreasing, if the amount of decrease from the last maximum value of the amplified voltage exceeds a predetermined width, the amplification factor is reduced because the amplitude of the amplified voltage is excessive. In either case, the amplification factor is reduced without waiting for the next extreme value (in other words, without waiting for the magnitude of the amplitude of the amplified voltage to be known). The predetermined width here is a voltage based on whether or not to change the amplification factor, and corresponds to the amplification factor change determination voltage.
This processing circuit corrects the extreme value stored in the extreme value storage circuit with respect to the extreme value storage circuit when the adjustment signal for reducing the amplification factor is output when the amplification factor is found to be excessive. Is output. As a result, it is possible to determine whether or not the amplification factor after the reduction is excessive based on the change width from the maximum value or the minimum value.
Until the amplified voltage shows a change pattern unique to rotational movement, the amplification factor reduction process and the stored extreme value correction process are repeated, and when the amplified voltage shows a change pattern specific to rotational movement, the amplification factor Complete the adjustment process.
Through the above processing, the amplified voltage is adjusted to an offset voltage that falls within the operating voltage range, and adjusted to an amplification factor that effectively uses the operating voltage range. In addition, the gain is adjusted to an amplification factor that does not need to be adjusted afterwards.
According to the above sensor voltage processing circuit, it is possible to shorten the period from turning on the power to adjusting to an appropriate offset voltage and an appropriate amplification factor, and shortening the period until the rotation phenomenon can be detected with high accuracy. Can be
前記4)で増幅率を低減した時に、極値保存回路が保存している極値を補正する方法には少なくとも2方法がある。
一つの方法では、前記(4)の処理時に、極値保存回路が保存している極大値と極小値の両者を、低減後の増幅率で増幅した増幅回路の出力電圧に等しくする。
この場合、前記(4)の実行直後から、極大値と極小値の更新処理が開始される。増幅回路の出力電圧が極値保存回路に保存されている極大値または極小値から所定幅を超えて変化する現象が発生するまでの間には、その判別に用いる極大値または極小値は真の値に更新されている。この方法によって、増幅後電圧の極大値または極小値からの変化幅によって、増幅率が過大か否かの判別が可能となる。
There are at least two methods for correcting the extreme value stored in the extreme value storage circuit when the amplification factor is reduced in 4).
In one method, both the maximum value and the minimum value stored in the extreme value storage circuit during the process of (4) are made equal to the output voltage of the amplification circuit amplified with the reduced amplification factor.
In this case, update processing of the maximum value and the minimum value is started immediately after the execution of (4). Until the phenomenon occurs in which the output voltage of the amplifier circuit changes beyond the maximum or minimum value stored in the extreme value storage circuit beyond a predetermined range, the maximum or minimum value used for the determination is not true. The value has been updated. By this method, it is possible to determine whether the amplification factor is excessive or not based on the change width from the maximum value or the minimum value of the amplified voltage.
それに代えて、前記(4)の処理時に、極値保存回路が保存している旧極大値と旧極小値を下記式で算出される新極大値と新極小値に更新する方法を採用してもよい。
新極大値=(旧極大値―オフセット電圧)×(新増幅率/旧増幅率)+オフセット電圧
新極小値=(旧極小値―オフセット電圧)×(新増幅率/旧増幅率)+オフセット電圧
この方法によると、前記(4)の処理で増幅率を低減した時に、極値保存回路が保存している極大値と極小値が、低減後の増幅率で増幅した増幅後電圧の極大値と極小値に更新される。
増幅後電圧の上昇に追従して極値保存回路が保存している極大値が更新され、増幅後電圧の下降に追従して極値保存回路が保存している極小値が更新される場合、増幅後電圧の極大値または極小値からの変化幅が所定幅を超えるタイミングでは、増幅後電圧の極大値または極小値からの変化幅=極値保存回路が保存している極大値と極小値の差となる。
そこで、極値保存回路が保存している極大値と極小値の差から、増幅後電圧の極大値または極小値から変化幅を算出するようにしてもよい。
Instead, at the time of the process (4), the old maximum value and the old minimum value stored in the extreme value storage circuit are updated to the new maximum value and the new minimum value calculated by the following equations. Also good.
New maximum value = (old maximum value−offset voltage) × (new gain / old gain) + offset voltage New minimum value = (old minimum value−offset voltage) × (new gain / old gain) + offset voltage According to this method, when the amplification factor is reduced by the process of (4), the maximum value and the minimum value stored in the extreme value storage circuit are the maximum value of the amplified voltage amplified by the reduced amplification factor. It is updated to the minimum value.
When the maximum value stored in the extreme value storage circuit is updated following the increase in voltage after amplification, and the minimum value stored in the extreme value storage circuit is updated following the decrease in voltage after amplification, At the timing when the change width from the maximum value or minimum value of the amplified voltage exceeds the specified width, the change width from the maximum value or minimum value of the amplified voltage = the maximum value and minimum value stored in the extreme value storage circuit It makes a difference.
Therefore, the change width may be calculated from the maximum value or the minimum value of the amplified voltage from the difference between the maximum value and the minimum value stored in the extreme value storage circuit.
回転体の回転運動時のセンサ電圧の振幅の最小値が、回転体の振動運動時のセンサ電圧の振幅の最大値以上であれば、増幅回路の出力電圧の極値からの変化幅が振動運動時のセンサ電圧の振幅の最大値以上になった時に、回転運動が検出されたと扱うことができる。この場合には、増幅回路の出力電圧が、極値保存回路が保存している極大値または極小値から、回転体の振動現象によって生じる増幅回路の出力電圧の振幅の最大値を超えて変化した後に、2値化回路の出力が3回反転するまで、前記(4)の処理を繰り返すことが好ましい。
回転体の回転運動の開始後に2値化回路の出力が3回反転すれば、その間に回転中のセンサ電圧が極大値から極小値まで変化していることから、それ以上に増幅率を低減させる必要がなく、それまでに調整された増幅率による増幅後電圧が動作範囲内に収まることが確認される。
If the minimum value of the sensor voltage amplitude during the rotating motion of the rotating body is greater than or equal to the maximum value of the sensor voltage amplitude during the vibrating motion of the rotating body, the change from the extreme value of the output voltage of the amplifier circuit is the vibration motion. It can be treated that the rotational motion is detected when the amplitude of the sensor voltage at the time exceeds the maximum value. In this case, the output voltage of the amplifier circuit has changed from the maximum value or the minimum value stored in the extreme value storage circuit to exceed the maximum value of the amplitude of the output voltage of the amplifier circuit caused by the vibration phenomenon of the rotating body. It is preferable to repeat the process (4) until the output of the binarization circuit is inverted three times later.
If the output of the binarization circuit is reversed three times after the start of the rotary motion of the rotating body, the sensor voltage during the rotation changes from the maximum value to the minimum value during that time, so that the amplification factor is further reduced. It is not necessary, and it is confirmed that the amplified voltage with the amplification factor adjusted so far falls within the operating range.
回転体に対する位置関係が相違する第1センサと第2センサに接続して用いる処理回路とすることもできる。この場合の処理回路は、第1センサ電圧を処理する増幅回路と極値保存回路と2値化回路と調整回路と、第2センサ電圧を処理する増幅回路と極値保存回路と2値化回路と調整回路を備えている。この処理回路では、第1センサ電圧を処理する2値化回路の処理結果と第2センサ電圧を処理する2値化回路の処理結果の位相差が所定範囲になるまで前記(4)の処理を繰り返す。
後記するように、位相差が所定範囲にあれば、振動運動ではなく回転運動が検出されたと判定することができ、それ以上に増幅率を低減調整する必要がないと判定することができる。
It can also be set as the processing circuit used by connecting to the 1st sensor and 2nd sensor from which the positional relationship with respect to a rotary body differs. The processing circuit in this case includes an amplifier circuit that processes the first sensor voltage, an extreme value storage circuit, a binarization circuit, and an adjustment circuit, an amplifier circuit that processes the second sensor voltage, an extreme value storage circuit, and a binarization circuit. And an adjustment circuit. In this processing circuit, the process (4) is performed until the phase difference between the processing result of the binarization circuit that processes the first sensor voltage and the processing result of the binarization circuit that processes the second sensor voltage falls within a predetermined range. repeat.
As will be described later, if the phase difference is within a predetermined range, it can be determined that not a vibration motion but a rotational motion has been detected, and it can be determined that there is no need to further reduce and adjust the amplification factor.
増幅回路がオフセット電圧調整回路を備えており、そのオフセット電圧調整回路がアナログ・デジタル混載回路で構成されていることが好ましい。オフセット電圧を調整する回路を簡単に実現することができる。 The amplifier circuit preferably includes an offset voltage adjustment circuit, and the offset voltage adjustment circuit is preferably composed of an analog / digital mixed circuit. A circuit for adjusting the offset voltage can be easily realized.
極値保存回路がアナログ・デジタル混載回路で構成されていることも好ましい。保存している極値を補正することができる極値保存回路を簡単に実現することができる。 It is also preferable that the extreme value storage circuit is composed of an analog / digital mixed circuit. An extreme value storage circuit that can correct the stored extreme values can be easily realized.
センサと増幅回路の間にプリ増幅回路が挿入されていてもよい。その場合、プリ増幅回路の帰還抵抗に、抵抗値が温度によって変化する抵抗を用いることが好ましい。
温度補償機能をプリ増幅回路で実現することが可能となり、増幅回路(プリ増幅回路と区別するためにはメイン増幅回路というのが理解しやすい。ただし、本発明ではプリ増幅回路が必ず存在するとは限られないので、本明細書では単に増幅回路という)の増幅率調整回路に温度補償機能を組み込む必要をなくすことができる。
A preamplifier circuit may be inserted between the sensor and the amplifier circuit. In that case, it is preferable to use a resistance whose resistance value varies with temperature as the feedback resistance of the preamplifier circuit.
The temperature compensation function can be realized by the preamplifier circuit, and it is easy to understand the amplifier circuit (the main amplifier circuit is distinguished from the preamplifier circuit. However, in the present invention, the preamplifier circuit is necessarily present. Since it is not limited, it is possible to eliminate the need to incorporate a temperature compensation function in the amplification factor adjustment circuit (simply referred to as an amplification circuit in this specification).
前記(5)で増幅率の調整が終了した後に増幅回路の出力電圧が動作電圧範囲を超えるときには、オフセット電圧と極値保存回路が保存している極値を連動して調整することが好ましい。本技術によると増幅率を調整し直す必要がない。オフセット電圧さえ調整すれば、増幅回路の出力電圧が動作電圧範囲に収まる。オフセット電圧の調整量に対応して極値保存回路が保存している値を調整すれば、オフセット電圧の調整の前後を通して、増幅回路の出力電圧の2値化処理を継続することができる。 When the output voltage of the amplifier circuit exceeds the operating voltage range after adjusting the amplification factor in (5), it is preferable to adjust the offset voltage and the extreme value stored in the extreme value storage circuit in conjunction with each other. According to this technology, there is no need to readjust the amplification factor. As long as the offset voltage is adjusted, the output voltage of the amplifier circuit falls within the operating voltage range. If the value stored in the extreme value storage circuit is adjusted in accordance with the adjustment amount of the offset voltage, the binarization processing of the output voltage of the amplifier circuit can be continued before and after the adjustment of the offset voltage.
本発明のセンサ電圧の処理回路によれば、センサ電圧に含まれているバイアス電圧とセンサ電圧の振幅が未知の場合に、増幅後のセンサ電圧が動作電圧範囲内に入るオフセット電圧にすばやく調整し、動作電圧範囲を有効に活用する増幅率にすばやく調整することができる。電源投入から短時間のうちに高精度で回転検出することが可能となる。 According to the sensor voltage processing circuit of the present invention, when the bias voltage included in the sensor voltage and the amplitude of the sensor voltage are unknown, the sensor voltage after amplification is quickly adjusted to an offset voltage that falls within the operating voltage range. The gain can be quickly adjusted to effectively utilize the operating voltage range. It is possible to detect rotation with high accuracy within a short time after the power is turned on.
本発明は、たとえば以下の特長を単独あるいは組み合わせて備えることによってさらに好ましい形態として実現することもできる。
(第1特長) オフセット電圧調整回路は、デジタル回路とD/A変換回路を備えており、デジタル回路に信号を入力することでオフセット電圧が調整される。
(第2特長) 極値保存回路は、デジタル回路とD/A変換回路を備えており、デジタル回路に信号を入力することで、極値保存回路が保存している極値が調整される。
(第3特長) センサ出力は環境温度の上昇によって振幅が減少し、プリ増幅回路の増幅率は環境温度の上昇によって増大する。単位温度あたりのセンサ出力の減少率と、単位温度あたりのプリ増幅回路の増幅率の増加率がほぼ等しい関係に設定されており、プリ増幅回路の出力電圧の振幅は温度変化に抗してほぼ一定に維持される。メインアンプ(増幅回路)の増幅率を一旦調整すれば、その後の温度変化による影響をプリ増幅回路が増幅率を調整して補償するので、メインアンプ(増幅回路)の増幅率を再調整する必要がない。
(第4特長) 増幅後のセンサ電圧の極大値と極小値の中間値(必ずしも数学的に厳密な中間とは限られない)を増幅後のセンサ電圧と比較して2値化する。
(第5特長) 増幅後のセンサ電圧の極大値と極小値の中間値(必ずしも数学的に厳密な中間とは限られない)が所定値となるように増幅後のセンサ電圧を増減調整し、増減調整後の増幅後センサ電圧を所定値と比較して2値化する。第4特長の方式と第5特長の方式は、同一内容の処理をし、同一結果をもたらす。両者は均等である。
(第6特長) センサ電圧の振幅だけでは回転運動と振動現象を区別できない場合、2個のセンサを用い、2個のセンサ電圧の位相差を参照して回転運動と振動現象を区別する。ただし、センサ電圧の振幅が小さい場合には、位相差から回転運動と振動現象を区別できないことがある。すなわち、センサ電圧の振幅が小さい状態で位相差を見ても回転運動と振動現象を区別できず、所定電圧以上が得られる増幅率でセンサ電圧を増幅して位相差を見ないと回転運動と振動現象を区別できないことがある。本実施例では、大きな増幅率で増幅して位相差を検出する状態を経て適切な増幅率に低減していくプロセスを経る。すなわち、位相差から回転と振動を判別できる大きさの電圧が得られる増幅率でセンサ電圧を増幅して位相差を判定するプロセスを経る。回転運動と振動現象を正確に区別することができる。
(第7特長) 2個のセンサ電圧の2値化処理結果を、それよりも遅れて反転する遅れ2値化結果の反転タイミングで参照することによって、2個のセンサ電圧の2値化処理結果の位相差を特定する。
The present invention can also be realized as a more preferable embodiment by including, for example, the following features alone or in combination.
(First Feature) The offset voltage adjustment circuit includes a digital circuit and a D / A conversion circuit, and an offset voltage is adjusted by inputting a signal to the digital circuit.
(Second Feature) The extreme value storage circuit includes a digital circuit and a D / A conversion circuit, and an extreme value stored in the extreme value storage circuit is adjusted by inputting a signal to the digital circuit.
(Third feature) The amplitude of the sensor output decreases as the environmental temperature increases, and the amplification factor of the preamplifier circuit increases as the environmental temperature increases. The decrease rate of the sensor output per unit temperature and the increase rate of the amplification factor of the preamplifier circuit per unit temperature are set to be almost equal, and the amplitude of the output voltage of the preamplifier circuit is almost resistant to temperature changes. Maintained constant. Once the gain of the main amplifier (amplifier circuit) is adjusted, the preamplifier circuit compensates for the effects of subsequent temperature changes by adjusting the gain, so it is necessary to readjust the gain of the main amplifier (amplifier circuit). There is no.
(Fourth feature) An intermediate value between the maximum value and the minimum value of the amplified sensor voltage (not necessarily mathematically exact intermediate) is compared with the amplified sensor voltage to be binarized.
(Fifth feature) The sensor voltage after amplification is increased or decreased so that the intermediate value (not necessarily mathematically exact intermediate) between the maximum value and the minimum value of the amplified sensor voltage becomes a predetermined value. The amplified sensor voltage after the increase / decrease adjustment is compared with a predetermined value and binarized. The method of the fourth feature and the method of the fifth feature process the same contents and bring about the same result. Both are equal.
(Sixth feature) When the rotational motion and the vibration phenomenon cannot be distinguished only by the amplitude of the sensor voltage, the two motion sensors are used to distinguish the rotational motion and the vibration phenomenon with reference to the phase difference between the two sensor voltages. However, when the amplitude of the sensor voltage is small, the rotational motion and the vibration phenomenon may not be distinguished from the phase difference. In other words, even if the phase difference is viewed with the sensor voltage amplitude being small, the rotational motion and the vibration phenomenon cannot be distinguished. The vibration phenomenon may not be distinguished. In this embodiment, a process of amplifying with a large amplification factor and detecting a phase difference is performed to reduce the amplification factor to an appropriate amplification factor. That is, a process is performed in which the phase difference is determined by amplifying the sensor voltage with an amplification factor that provides a voltage with a magnitude that can distinguish rotation and vibration from the phase difference. It is possible to accurately distinguish between rotational motion and vibration phenomena.
(Seventh feature) By referencing the binarization processing result of two sensor voltages at the inversion timing of the delayed binarization result that inverts later than that, the binarization processing result of the two sensor voltages Specify the phase difference.
以下では、上述の特長を踏まえて本発明の作用や効果を明確に説明するために、本発明の実施例を、次のような順序に従って説明する。
A.本発明の第1実施例に係るセンサ電圧処理回路:
A−1.本発明の第1実施例に係る処理回路の構成:
A−2.本発明の第1実施例に係る処理回路の動作:
B.本発明の第2実施例に係るセンサ電圧処理回路:
B−1.本発明の第2実施例に係る処理回路の構成:
B−2.本発明の第2実施例に係る処理回路の動作:
C.本発明の第3実施例に係るセンサ電圧処理回路:
C−1.本発明の第3実施例に係る処理回路の構成:
C−2.本発明の第3実施例に係る処理回路の動作:
D.変形例:
Hereinafter, in order to clearly describe the operation and effects of the present invention based on the above-described features, examples of the present invention will be described in the following order.
A. Sensor voltage processing circuit according to the first embodiment of the present invention:
A-1. Configuration of a processing circuit according to the first embodiment of the present invention:
A-2. Operation of the processing circuit according to the first embodiment of the present invention:
B. Sensor voltage processing circuit according to the second embodiment of the present invention:
B-1. Configuration of processing circuit according to second embodiment of the present invention:
B-2. Operation of the processing circuit according to the second embodiment of the present invention:
C. Sensor voltage processing circuit according to the third embodiment of the present invention:
C-1. Configuration of processing circuit according to third embodiment of the present invention:
C-2. Operation of the processing circuit according to the third embodiment of the present invention:
D. Variations:
A.本発明の第1実施例に係るセンサ電圧処理回路:
A−1.本発明の第1実施例に係るセンサ電圧処理回路の構成:
図1は、回転体10と、センサ11と、第1実施例のセンサ電圧処理回路100からなる回転検出システムを示している。回転体10は磁性体であり、たとえばエンジンのクランクシャフトのように、一方向にのみ回転する回転部材に機械的に接続されている。センサ11は、ホール素子であり、回転体10が有する歯10tとの位置関係の変動に起因する磁気変化に追従して変化するセンサ電圧Vinを出力する。回転体10が回転すると、センサ11に向かい合う位置を歯10tと谷(歯と歯の間)が交互に通過することから、センサ電圧Vinは周期的に変化する。センサ電圧処理回路100は、センサ電圧Vinを増幅した後に2値化処理を行ってハイとローの間で反転するデジタル信号Voutを出力する。センサ電圧処理回路100は、増幅回路と、2値化回路と、増幅回路のオフセット電圧と増幅率を調整する調整回路と、増幅後電圧の極大値と極小値を保存する極値保存回路を備えている。調整回路は、増幅後電圧Vmに基づいて、オフセット電圧を調整する信号V’offを増幅回路に出力し、増幅後電圧Vmと極大値Vpまたは極小値Vbに基づいて、増幅率を調整する信号Sを増幅回路に出力する。調整回路は、増幅率を調整する際に、極値保存回路が保存している極大値Vpと極小値Vbを補正する信号S2を極値保存回路に出力する。2値化回路は、極値保存回路が保存している極大値Vpと極小値Vbを用いて増幅後電圧Vmを2値化する。
A. Sensor voltage processing circuit according to the first embodiment of the present invention:
A-1. Configuration of a sensor voltage processing circuit according to the first embodiment of the present invention:
FIG. 1 shows a rotation detection system including a
回転体10は、センサ11との間に空隙δを有して配置されている。空隙δは、回転体10の回転中心と幾何学的中心がずれていると、回転体10の回転角に依存して変化する(以下では「うねり」という)。回転体10の外周面が真円でなければ、同様のうねりが生じる。
センサ電圧はVinは、歯10tと谷が交互に通過するのに追従して周期的に変化する交流電圧に、直流電圧(バイアス電圧)が重畳した電圧となっている。バイアス電圧の大きさは、電源電圧と環境温度等によって変化する。交流電圧の振幅は、空隙δの大きさと、電源電圧と環境温度等によって変化する。センサ電圧処理回路100でセンサ電圧Vinを増幅する際に、基準とする電圧(オフセット電圧)を適切に調整し、増幅率を適切に調整しないと、増幅後のセンサ電圧が処理に適した電圧範囲のなかで処理に適した振幅で変化しないことになる。センサ電圧処理回路100は、電源投入直後に、オフセット電圧と増幅率を適値に調整する必要がある。
The rotating
The sensor voltage Vin is a voltage obtained by superimposing a DC voltage (bias voltage) on an AC voltage that periodically changes following the passage of
回転体10とセンサ11の位置関係は、回転体10が一方向に連続的に回転する他に、微小角度範囲内で回転振動したり、回転中心位置がセンサ11に対して振動したりすることがある。第1実施例では、回転体10が一方向に連続的に回転する場合にはセンサ電圧が大きな振幅で変動し、回転体10が振動する場合にはセンサ電圧が小さな振幅で変動する。センサ電圧の振幅の大きさから、回転体が回転運動しているのか振動運動しているのかを判別することができる。センサ電圧の振幅の大きさからだけでは、回転体が回転運動しているのか振動運動しているのかを判別することができない場合もある。その場合には第3実施例を用いる。以下の記載では、「回転」という用語は同一方向に回転し続ける運動状態をいい、「振動」という用語は、微小角度範囲内で回転振動すること、あるいは回転中心が振動することをいう。
The positional relationship between the
図2は、センサ電圧処理回路100の内部構成を示している。センサ電圧処理回路100は、プリ増幅回路110と、増幅回路120と、調整回路400と、極値保存回路160と、2値化回路200を備えている。調整回路400は、オフセット電圧調整回路130と、増幅率調整回路140と、第1電圧判定部150と、第2電圧判定部155と、変化幅判定部145を備えている。極値保存回路160は、ピークホールド回路160pと、ボトムホールド回路160bを備えている。2値化回路200は、2値化処理部170と、極値保存回路160の保存電圧から2値化のための基準電圧Vrefを得る回路を備えている。
なお電源電圧はVccであり、回路の動作電圧範囲は0〜Vccである。
FIG. 2 shows the internal configuration of the sensor
The power supply voltage is Vcc, and the operating voltage range of the circuit is 0 to Vcc.
プリ増幅回路110は、センサ電圧VinとVcc/2の差を反転増幅し、それにVcc/2を加算した電圧を出力する。プリ増幅回路110の増幅率は固定されており(後記のように温度によって増減するが、センサ電圧Vinの大きさによって切り換えるものでないので、ここでは固定されているという)、オフセット電圧はVcc/2に固定されている。プリ増幅回路110の増幅率は比較的に小さいので、センサ電圧Vinのバイアス電圧が変化したりセンサ電圧Vinの振幅が変化したりしても、プリ増幅回路110の出力電圧は、回路の動作電圧範囲である0〜Vccの範囲に収まる。
The
増幅回路120は、プリ増幅回路110の出力電圧をさらに増幅する。このとき、オフセット電圧が適切に設定されていないと、増幅回路120で増幅された電圧Vmがゼロボルト(以下では0と表示する)またはVccに達し、必要な増幅率で増幅できず、2値化処理を正しく実行できない現象が生じる。同様に、増幅率が適切に設定されていないと、増幅回路120で増幅された電圧Vmが0またはVccに達し、必要な増幅率で増幅できず、2値化処理を正しく実行できない現象が生じる。その問題を避けるために、オフセット電圧調整回路130と増幅率調整回路140が用意されている。オフセット電圧調整回路130と増幅率調整回路140は、増幅回路120の一部ということもできる。増幅回路120は、オフセット電圧調整機能と増幅率調整機能を内蔵しているといってもよい。
The
オフセット電圧調整回路130はリセット端子を備えており、電源投入時にリセット信号RSTが加えられる。すると、オフセット調整回路130は、オフセット電圧VoffをVcc/2として増幅回路120に伝達する。電源投入時には、オフセット電圧をVcc/2として増幅回路120が増幅し始める。
増幅回路120で増幅された電圧Vmは、第1電圧判定部150に入力され、Vcc/2と比較される。増幅後電圧Vm>Vcc/2であれば、オフセット電圧調整回路130はオフセット電圧Voffを所定幅だけ下げる。この結果、増幅後電圧Vmは低下してVcc/2に近づく。増幅後電圧Vm<Vcc/2であれば、オフセット電圧調整回路130はオフセット電圧Voffを所定幅だけ上げる。この結果、増幅後電圧Vmは増加してVcc/2に近づく。オフセット電圧調整回路130は、増幅後電圧VmがVcc/2に近づくまで、オフセット電圧Voffを調整する。Vcc/2は、0〜Vccという動作電圧範囲の中間帯に属している。オフセット電圧調整回路130は、増幅後電圧Vmが動作電圧範囲の中間帯に入る値となるまでオフセット電圧Voffを調整する。オフセット電圧Voffの調整時に用いる増幅後電圧Vmの目標値はVcc/2でなくてもよく、0〜Vccという動作電圧範囲の中間帯に属する電圧であればよい。
The offset
The voltage Vm amplified by the
増幅率調整回路140はリセット端子を備えており、電源投入時にリセット信号RSTが加えられる。すると、増幅率調整回路140は、増幅回路120の増幅率を最大値に切り換える。オフセット電圧Voffが調整されて増幅後電圧VmがVcc/2となるまでは、増幅率が最大値に維持される。
電源投入時に、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bが保存しているホールド電圧は、Vcc/2に初期化される。オフセット電圧Voffが調整され、最大増幅率で増幅された電圧VmがVcc/2になるまでは、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bが保存しているホールド電圧はVcc/2に固定される。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bには、増幅後電圧Vmが入力している。増幅後電圧VmがVcc/2に一致すると、ピークホールド回路160pはピークホールド電圧の更新処理を開始し、ボトムホールド回路160bはボトムホールド電圧の更新処理を開始する。
増幅後電圧Vmが上昇する間は極小値(更新処理が開始した後の極小値)からの上昇幅が算出され、その上昇幅が変化幅判定部145に入力される。変化幅判定部145は、その上昇幅が所定幅を超えると、増幅回路120の増幅率を1段階低減する。増幅後電圧Vmが下降する間は極大値(更新処理が開始した後の極大値)からの下降幅が算出され、その下降幅が変化幅判定部145に入力される。変化幅判定部145は、その下降幅が所定幅を超えると、増幅回路120の増幅率を1段階低減する。
本実施例の場合、増幅後電圧Vmが極小値Vbから所定幅を超えて上昇する時には、増幅後電圧Vmがそれまでのピークホールド電圧Vpを超えている。すなわち、ピークホールド電圧Vpが増幅後電圧Vmの上昇に追従して更新されている間に、増幅後電圧Vmが極小値Vbから所定幅を超えて上昇する。この時には増幅後電圧Vm=ピークホールド電圧Vpとなっている。そこで本実施例では、増幅後電圧Vmの極小値Vbからの上昇幅が所定幅を超えたか否かを判定するために、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差が所定幅を超えたか否かによって判定をしている。
同様に増幅後電圧Vmが極大値Vpから所定幅を超えて下降する時には、増幅後電圧Vmがそれまでのボトムホールド電圧Vbを下回っている。すなわち、ボトムホールド電圧Vbが増幅後電圧Vmの下降に追従して更新されている間に、増幅後電圧Vmが極大値Vpから所定幅を超えて下降する。この時には増幅後電圧Vm=ボトムホールド電圧Vbとなっている。そこで本実施例では、増幅後電圧Vmの極大値Vpからの下降幅が所定幅を超えたか否かを判定するために、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差が所定幅を超えたか否かによって判定をしている。
極小値からの上昇幅あるいは極大値からの下降幅(本実施例の場合にはピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差)が所定幅を超えたために、増幅率調整回路140が増幅回路120の増幅率を1段階低減させるのにあわせて、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbを、新増幅率による増幅後電圧Vmの極大値と極小値に補正する必要がある。その補正をすると、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差が、新増幅率による増幅後電圧Vmの極小値からの上昇幅ないし新増幅率による増幅後電圧Vmの極大値からの下降幅に等しくなる。
上記処理を繰り返すことによって、増幅後電圧Vmの極小値又は極大値からの変化幅が所定幅を超えない増幅率に低減される。増幅率は順に低減されていくので、結局は、増幅後電圧Vmの極小値又は極大値からの変化幅が所定幅を超えないという制約を満たす最大増幅率に調整される。
The amplification
When the power is turned on, the hold voltage stored in the
While the post-amplification voltage Vm rises, an increase width from the minimum value (minimum value after the update process is started) is calculated, and the increase width is input to the change
In the present embodiment, when the amplified voltage Vm rises from the minimum value Vb beyond a predetermined width, the amplified voltage Vm exceeds the peak hold voltage Vp so far. That is, while the peak hold voltage Vp is updated following the increase in the amplified voltage Vm, the amplified voltage Vm increases from the minimum value Vb beyond a predetermined width. At this time, the amplified voltage Vm = the peak hold voltage Vp. Therefore, in this embodiment, whether or not the difference between the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb exceeds the predetermined width in order to determine whether or not the increase width of the amplified voltage Vm from the minimum value Vb exceeds the predetermined width. Judgment is made depending on
Similarly, when the amplified voltage Vm drops from the maximum value Vp beyond a predetermined width, the amplified voltage Vm is lower than the bottom hold voltage Vb. That is, while the bottom hold voltage Vb is updated following the decrease in the amplified voltage Vm, the amplified voltage Vm decreases from the maximum value Vp beyond a predetermined width. At this time, the amplified voltage Vm = bottom hold voltage Vb. Therefore, in this embodiment, whether or not the difference between the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb exceeds a predetermined width in order to determine whether or not the descending width of the amplified voltage Vm from the maximum value Vp exceeds a predetermined width. Judgment is made depending on
Since the increase width from the minimum value or the decrease width from the maximum value (in this embodiment, the difference between the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb) exceeds a predetermined width, the amplification
By repeating the above processing, the amplified voltage Vm is reduced to a gain that does not exceed a predetermined width of the minimum value or the change width from the maximum value. Since the amplification factor is reduced in order, eventually, the amplification factor is adjusted to the maximum amplification factor that satisfies the constraint that the variation range from the minimum value or the maximum value of the amplified voltage Vm does not exceed the predetermined range.
ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bがホールド電圧の更新処理を開始する時には、増幅後電圧VmがVcc/2であり、ピークホールド電圧VpもVcc/2であり、ボトムホールド電圧VbもVcc/2である。その状態でピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bがホールド電圧の更新処理を開始するので、その後に増幅後電圧Vmが上昇すればピークホールド電圧Vpも追従して上昇し、その後に増幅後電圧Vmが下降すればボトムホールド電圧Vbも追従して下降する。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bは、オフセット電圧Voffが調整されて増幅後電圧VmがVcc/2となった時点以降の極大値と極小値を保存する。
When the
増幅率が切り換えられると、増幅後電圧Vmが変化する。その一方においてピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bのホールド電圧は、切り換え前の増幅率による場合の増幅後電圧Vmの極値である。そこで、単純に増幅後電圧Vmとホールド電圧との差を算出するだけでは、増幅後電圧Vmの極値からの変動分とならない。この問題に対処するために、増幅率が切り換えられて増幅後電圧Vmが変化すると、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bのホールド電圧も、新増幅率で増幅したときの極値に切り換えられる。その処理をすると、増幅率が切り換えられたあとも、増幅後電圧Vmとホールド電圧との差を算出することによって、増幅後電圧Vmの極値からの変動分が求められる。本実施例の場合、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差が、新増幅率による増幅後電圧Vmの極小値からの上昇幅ないしの極大値からの下降幅に等しくなる。
本処理回路では、増幅率が過大であることが判明し、調整回路400が増幅回路120に対して、増幅率を低減させる調整信号Sを出力する時に、極値保存回路160に対して極値保存回路160が保存しているホールド電圧を補正する信号を出力する。具体的には調整回路400が、ピークホールド回路160pにピークホールド電圧Vpを補正する信号を出力し、ボトムホールド回路160bにボトムホールド電圧Vbを補正する信号を出力する。
本実施例では、調整回路400が増幅回路120に対して増幅率を低減させる調整信号Sを出力する時に、ピークホールド回路160pのピークホールド電圧Vpとボトムホールド回路160bのボトムホールド電圧Vbの双方を、増幅率低減後の増幅後電圧Vmに等しくさせる。
この場合、後記する図10に例示するように、ピークホールド電圧Vpまたはボトムホールド電圧Vbは、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの上昇または下降に追従して更新され、増幅率低減後の増幅後電圧Vmのピーク電圧またはボトム電圧に一致する。増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極小値からの上昇幅が所定幅を超える場合、あるいは、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極大値からの下降幅が所定幅を超える場合には、それに先立って、増幅率低減後の増幅後電圧Vmが下降してから上昇する現象、または上昇してから下降する現象が生じている。すなわち、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極小値からの上昇幅が所定幅を超える場合には、ボトムホールド電圧Vbが増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極小値に更新されている。また、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極大値からの下降幅が所定幅を超える場合には、ピークホールド電圧Vpが増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極大値に更新されている。
調整回路400が増幅回路120に対して増幅率を低減させる調整信号Sを出力する時に、ピークホールド回路160pのピークホールド電圧Vpとボトムホールド回路160bのボトムホールド電圧Vbの双方を増幅率低減後の増幅後電圧Vmに等しくさせると、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの変化幅が所定幅を超えるときに、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極小値をボトムホールド回路160bに保存しておくことができ、増幅率低減後の増幅後電圧Vmの極大値をピークホールド回路160bに保存しておくことができる。
上記の処理をすることから、増幅回路の出力電圧が極値保存回路に保存されている極大値または極小値から所定幅を超えて変化する現象が発生するまでの間に、その判別に用いるピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbが、判別対象とする増幅後電圧の増幅率によるものに補正されている。この方法によって、増幅後電圧の極大値または極小値からの変化幅によって、増幅率が過大か否かを判別することが可能となる。
上記に代えて、増幅率が過大であることが判明して調整回路400が増幅回路120に対して増幅率を低減させる調整信号Sを出力する時に、極値保存回路160が保存している旧極大値と旧極小値を下記式で算出される新極大値と新極小値に更新する方法を採用してもよい。
新極大値=(旧極大値―オフセット電圧)×(新増幅率/旧増幅率)+オフセット電圧
新極小値=(旧極小値―オフセット電圧)×(新増幅率/旧増幅率)+オフセット電圧
この方法によっても、新増幅率(低減後増幅率)による増幅後電圧が所定幅を超えて変化する現象が発生するときに、極値保存回路160が保存しているピークホールド電圧とボトムホールド電圧を、新増幅率による増幅後電圧Vmの極大値と極小値に一致させることができる。また、「新増幅率による増幅後電圧Vmの極大値または極小値からの変動分=ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差」の関係を得ることができる。
When the amplification factor is switched, the amplified voltage Vm changes. On the other hand, the hold voltage of the
In this processing circuit, it is found that the amplification factor is excessive, and when the
In this embodiment, when the
In this case, as illustrated in FIG. 10 to be described later, the peak hold voltage Vp or the bottom hold voltage Vb is updated following the increase or decrease of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction, and the amplification after the amplification factor reduction is performed. It corresponds to the peak voltage or the bottom voltage of the rear voltage Vm. When the increase width from the minimum value of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction exceeds a predetermined width, or when the decrease width from the maximum value of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction exceeds a predetermined width, Prior to that, there has been a phenomenon in which the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction increases and then increases or decreases. That is, when the increase width from the minimum value of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction exceeds a predetermined width, the bottom hold voltage Vb is updated to the minimum value of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction. Further, when the descending width from the maximum value of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction exceeds a predetermined width, the peak hold voltage Vp is updated to the maximum value of the amplified voltage Vm after the amplification factor reduction.
When the
During the period from when the above processing is performed until a phenomenon occurs in which the output voltage of the amplifier circuit changes beyond the maximum value or the minimum value stored in the extreme value storage circuit over a predetermined range, the peak used for the determination The hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb are corrected to be based on the amplification factor of the amplified voltage to be discriminated. According to this method, it is possible to determine whether the amplification factor is excessive or not based on the variation range from the maximum value or the minimum value of the amplified voltage.
Instead of the above, when it is determined that the amplification factor is excessive and the
New maximum value = (old maximum value−offset voltage) × (new gain / old gain) + offset voltage New minimum value = (old minimum value−offset voltage) × (new gain / old gain) + offset voltage Also in this method, when a phenomenon occurs in which the voltage after amplification due to the new amplification factor (reduction factor after reduction) changes beyond a predetermined width, the peak hold voltage and the bottom hold voltage stored in the extreme
2値化処理部170は、ピークホールド回路160pが保存しているピークホールド電圧Vpとボトムホールド回路160bが保存しているボトムホールド電圧Vbの電圧差を1/2の比率で分圧して生成される基準電圧Vrefを使用して増幅後電圧Vmを2値化し、増幅後電圧Vmが基準電圧Vrefを超えて変化するときに反転するデジタル信号Voutを生成する。デジタル信号Voutの単位時間当たりの反転回数をカウントすれば、回転体10の回転速度が判明する。
The
図3は、プリ増幅回路110と、増幅回路120と、オフセット電圧調整回路130と、増幅率調整回路140の構成を示している。
FIG. 3 shows a configuration of the
プリ増幅回路110は、オペアンプ121を中心にして構成されており、反転入力端子は抵抗1Rを介してセンサ電圧Vinの入力端子に接続されており、非反転端子はVcc/2に接続されている。また、オペアンプ121の出力端子と反転入力端子の間には帰還抵抗50Rsが挿入されている。オペアンプ121の出力端子の電圧は、下記の式で示すものとなる。
−(50Rs/1R)×(Vin-Vcc/2)+Vcc/2
すなわち、プリ増幅回路110のオフセット電圧はVcc/2であり、増幅率は−50Rs/1Rである。
The
-(50Rs / 1R) x (Vin-Vcc / 2) + Vcc / 2
That is, the offset voltage of the
センサ11は、温度が上昇するとセンサ電圧Vinの振幅が減少する特性を備えている。そこで、帰還抵抗50Rsには、温度によって抵抗値が増大する抵抗が用いられている。帰還抵抗50Rsには、(センサ電圧の振幅の減少率/単位温度)が((抵抗50Rs/抵抗1R)の増加率/単位温度)にほぼ等しいという関係を満たす抵抗温度係数を持つ材質が選択されている。
上記の関係によって、昇温するとセンサ電圧の振幅が減少する影響が、昇温するとプリ増幅回路110の増幅率が上昇することによって打ち消され、温度変化に抗して、プリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧の振幅をほぼ一定に維持することができる。本実施例では、プリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧の振幅の温度に対する変化率が、温度補償しない場合の1/10以下に抑制される。
プリ増幅回路110が温度補償機能を備えていることから、増幅回路120の増幅率が後記するように調整されると、その増幅率に固定しておいても温度補償することができるようになっている。
プリ増幅回路110は、Vcc/2をオフセット電圧としており、増幅率が比較的に小さいことから、プリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧は0〜Vcc内に収まる。
The
Due to the above relationship, the effect that the amplitude of the sensor voltage decreases when the temperature rises is canceled by the increase of the amplification factor of the
Since the
Since the
オフセット電圧調整回路130は、スイッチSW1と、カウンタ132と、D/A変換回路134を備えている。D/A変換回路134の出力電圧がオペアンプ122の非反転入力端子に接続されており、オペアンプ122のオフセット電圧を決定する。
カウンタ132は、リセット端子を備えており、電源投入時にリセット信号RSTが加えられる。すると、D/A変換回路134で変換するとVcc/2となる値がカウンタ132にセットされる。オフセット調整回路130は、電源投入時のオペアンプ122のオフセット電圧をVcc/2とする。
The offset
The
カウンタ132は、DOWN端子とUP端子を備えており、DOWN端子にパルス信号が入力されるとカウント値が減少し、UP端子にパルス信号が入力されるとカウント値が増大する。スイッチSW1は、所定時間間隔で反転するパルス波CLKをDOWN端子に加えるかUP端子に加えるかを切り換える。第1電圧判定部150がスイッチSW1に接続されており、オペアンプ122の出力電圧VmがVm>Vcc/2であれば、SW1をDOWN端子に接続する。この結果、カウンタ132のカウント値が減少し、オペアンプ122のオフセット電圧が減少し、オペアンプ122の出力電圧Vmは低下してVcc/2に近づく。オペアンプ122の出力電圧VmがVm<Vcc/2であれば、SW1をUP端子に接続する。この結果、カウンタ132のカウント値が増大し、オペアンプ122のオフセット電圧が上昇し、オペアンプ122の出力電圧Vmが上昇してVcc/2に近づく。オフセット電圧調整回路130は、オペアンプ122の出力電圧Vmが動作電圧範囲の中間帯に属するVcc/2となるまで、オフセット電圧Voffを調整する。
The
オペアンプ122の反転入力端子は、抵抗25R、15R,10Rを介して、オペアンプ121の出力端子に接続されている。オペアンプ122の出力端子は、帰還抵抗50Raを介してオペアンプ122の反転入力端子に接続されている。
抵抗10Rと15Rの間にスイッチ端子S1が設けられており、抵抗15Rと25Rの間にスイッチ端子S2が設けられており、抵抗25Rとオペアンプ122の反転入力端子の間にスイッチ端子S3が設けられている。スイッチSW2は、オペアンプ122の出力端子をスイッチ端子S1,S2,S3のいずれかに接続する。
スイッチSW2がスイッチ端子S1に接触していると、オペアンプ121の増幅率は、50Ra/10Rとなり、最大増幅率となる。スイッチSW2がスイッチ端子S2に接触していると、オペアンプ122の増幅率は、50Ra/(10R+15R)となり、中間増幅率となる。スイッチSW2がスイッチ端子S3に接触していると、オペアンプ121の増幅率は、50Ra/(10R+15R+25R)となり、最小増幅率となる。
The inverting input terminal of the
A switch terminal S1 is provided between the
When the switch SW2 is in contact with the switch terminal S1, the amplification factor of the
図2に示すように、増幅率調整回路140はリセット端子を備えており、電源投入時にリセット信号RSTが加えられる。すると、増幅率調整回路140は、スイッチSW2に増幅率調整信号Sを送り、スイッチSW2がスイッチ端子S1に接触している状態に切り換える。オフセット電圧Voffが調整されて増幅後電圧VmがVcc/2となるまでは、オペアンプ122の増幅率が最大値に維持される。
オペアンプ122の最大の増幅率で増幅された増幅後電圧VmがVcc/2になるまでは、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bが保存しているホールド電圧はVcc/2に固定される。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bには増幅後電圧Vmが入力している。増幅後電圧VmがVcc/2に一致すると、ピークホールド回路160pはピークホールド電圧Vpの更新処理を開始し、ボトムホールド回路160bはボトムホールド電圧Vbの更新処理を開始する。オペアンプ122の増幅後電圧Vmが最初に上昇する間はVcc/2からの上昇幅が算出され、その上昇幅が変化幅判定部145に入力される。変化幅判定部145は、その上昇幅が所定幅を超えると、スイッチSW2に増幅率調整信号Sを送り、スイッチSW2がスイッチ端子S2に接触している状態に切り換え、オペアンプ122の増幅率を1段階低減させる。オペアンプ122の増幅後電圧Vmが最初に下降する間はVcc/2からの下降幅が算出され、その下降幅が変化幅判定部145に入力される。変化幅判定部145は、その下降幅が所定幅を超えると、スイッチSW2に増幅率調整信号Sを送り、スイッチSW2がスイッチ端子S2に接触している状態に切り換え、オペアンプ122の増幅率を1段階低減させる。
増幅率を1段階低減させるのに連動して、ピークホールド回路160pのピークホールド電圧Vpとボトムホールド回路160bのボトムホールド電圧Vbの双方を、増幅率低減後の増幅後電圧Vmに等しくする。
スイッチSW2がスイッチ端子S2に接触している状態に切り換えたあとも上記の処理が繰り返される。極小値(スイッチ端子S2の増幅率に対応する値に補正されている)からの上昇幅が所定幅を超えると、スイッチSW2に増幅率調整信号Sを送り、スイッチSW2がスイッチ端子S3に接触している状態に切り換え、オペアンプ122の増幅率をさらに1段階低減させる。それに連動して、ピークホールド回路160pのピークホールド電圧Vpとボトムホールド回路160bのボトムホールド電圧Vbの双方を、スイッチ端子S3に対応する増幅率による増幅後電圧Vmに等しくする。極大値(スイッチ端子S2の増幅率に対応する値に補正されている)からの下降幅が所定幅を超えると、スイッチSW2に増幅率調整信号Sを送り、スイッチSW2がスイッチ端子S3に接触している状態に切り換え、オペアンプ122の増幅率を1段階低減させる。それに連動して、ピークホールド回路160pのピークホールド電圧Vpとボトムホールド回路160bのボトムホールド電圧Vbの双方を、スイッチ端子S3に対応する増幅率による増幅後電圧Vmに等しくする。オペアンプ122の増幅率が、オペアンプ122の増幅後電圧Vmの変化幅が所定幅を超えないという制約を満たす最大増幅率に調整される。
As shown in FIG. 2, the amplification
Until the amplified voltage Vm amplified at the maximum amplification factor of the
In conjunction with the reduction of the amplification factor by one step, both the peak hold voltage Vp of the
The above processing is repeated after the switch SW2 is switched to the state where it is in contact with the switch terminal S2. When the rising width from the minimum value (corrected to the value corresponding to the gain of the switch terminal S2) exceeds a predetermined width, the gain adjustment signal S is sent to the switch SW2, and the switch SW2 comes into contact with the switch terminal S3. The gain of the
図4は、ピークホールド回路160pと、ボトムホールド回路160bの内部構成を示す説明図である。
ピークホールド回路160pは、コンパレータ161と、2個のAND回路162、163と、カウンタ164と、D/A変換回路165を備えている。カウンタ164は、リセット端子を備えており、電源投入時にリセット信号RSTが加えられる。すると、D/A変換回路165で変換するとVcc/2となる値がカウンタ164にセットされる。ピークホールド回路160pは、電源投入時のピークホールド電圧をVcc/2とする。
ピークホールド回路160pには、増幅後電圧Vmと、2つのクロック信号CLK1、CLK2と、リセット信号RSTと、オフセット調整回路130からのオフセット電圧Voffを指示する信号と、増幅率調整回路140からの増幅率を指示する信号が入力される。
クロック信号CLK1は短周期のクロック信号であり、クロック信号CLK2は長周期のクロック信号である。クロック信号CLK2は、クロック信号CLK1を分周回路で処理して得られたものである。ピークホールド回路160pは、ピークホールド電圧Vpを出力する。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the internal configuration of the
The
The
The clock signal CLK1 is a short cycle clock signal, and the clock signal CLK2 is a long cycle clock signal. The clock signal CLK2 is obtained by processing the clock signal CLK1 with a frequency dividing circuit. The
コンパレータ161の非反転入力端子には、増幅後電圧Vmが入力される。コンパレータ161の反転入力端子には、ピークホールド電圧Vpが入力される。コンパレータ161の出力端子には、増幅後電圧Vm>ピークホールド電圧Vpのときに、ハイ電圧が出力される。コンパレータ161の出力電圧はAND回路162の一方の端子に入力される。AND回路162の他方には、クロック信号CLK1が入力される。増幅後電圧Vm>ピークホールド電圧Vpの関係が成立している間は、AND回路162の出力端子にクロック信号CLK1が出力される。AND回路162の出力端子は、カウンタ164のUP端子に接続されている。増幅後電圧Vm>ピークホールド電圧Vpの関係が成立している間は、カウンタ164のカウント値は短周期で増大していく。クロック信号CLK1は、カウント値の増大速度>増幅後電圧Vmの上昇速度の関係が得られる短周期に設定されている。増幅後電圧Vm>ピークホールド電圧Vpの関係が成立している間は、カウンタ164のカウント値が増幅後電圧Vmの上昇に追従して増大する。増幅後電圧Vmが上昇すると、ピークホールド電圧Vpも追従して増大する。増幅後電圧Vmが下降に転じると、AND回路162の出力端子にクロック信号CLK1が現れず、ピークホールド電圧Vpが保持される。これによって、ピークホールド電圧Vpは、増幅後電圧Vmの極大値を保存したものとなる。
The amplified voltage Vm is input to the non-inverting input terminal of the
図6(1)は、周期的に変化する増幅後電圧Vmが緩やかに低下していく場合を示している。環境温度が変化する場合、あるいは回転体10が偏心回転し、回転体10の回転に追従してギャップδが徐々に大きくなる場合に、増幅後電圧Vmが緩やかに低下していく現象が生じることがある。
図6の場合、3回の極大値p1、p2、p3が例示されている。p1>p2>p3である。通常のピークホールド回路は、2回目の極大値p2をとっても、保持している極大値p1よりも小さいことから、ピークホールド電圧Vpをp1からp2に更新しない。しかしながら、周期的に変化する増幅後電圧Vmを周期的な変化に基づいて2値化する場合、そのときそのときの極大値と極小値に更新する必要がある。
FIG. 6 (1) shows a case where the amplified voltage Vm that periodically changes gradually decreases. When the environmental temperature changes, or when the
In the case of FIG. 6, three maximum values p1, p2, and p3 are illustrated. p1>p2> p3. The normal peak hold circuit does not update the peak hold voltage Vp from p1 to p2 because it is smaller than the held maximum value p1 even if it takes the second maximum value p2. However, when the amplified voltage Vm that periodically changes is binarized based on the periodic change, it is necessary to update the maximum value and the minimum value at that time.
ピークホールド回路160pは、極大値が低下していく場合に、各周期の極大値に更新する機能を備えている。
図4に示すように、コンパレータ161の出力端子は、反転したあとに、AND回路163の一方の端子に入力される。AND回路163の他方の端子には、クロック信号CLK2が入力される。コンパレータ161の出力端子は、増幅後電圧Vm>ピークホールド電圧Vpのときにハイとなることから、その反転信号がハイとなるのは、増幅後電圧Vm<ピークホールド電圧Vpのときである。増幅後電圧Vm<ピークホールド電圧Vpのときに、AND回路163の出力端子にクロック信号CLK2が出力される。AND回路163の出力端子は、カウンタ164のDOWN端子に接続されている。増幅後電圧Vm<ピークホールド電圧Vpの間は、カウンタ164のカウント値は長周期で減少していく。クロック信号CLK2は、カウント値が緩やかに下降する長周期に設定されている。増幅後電圧Vm<ピークホールド電圧Vpの間は、カウンタ164のカウント値が緩やかに減少し、ピークホールド電圧Vpが緩やかに減少する。しかしながらその減少速度は遅く、ピークホールド電圧Vpから増幅後電圧Vmを2値化する閾値電圧を算出しても、ピークホールド電圧Vpが緩やかに減少することが2値化結果に影響しない低速度に設定されている。ピークホールド回路160pでピークホールドする目的は得られる。しかしながら、図6(1)に示すように、増幅後電圧Vmが緩やかに低下する際に、次の極大値よりも小さくなる関係は得られる。そのために、周期ごとに極大値が低下する場合に、ピークホールド回路160pは各周期の極大値に更新されていく。
ピークホールド回路160pは、回転体10が偏心回転してセンサの出力電圧Vinがうねるような場合にも、各周期の極大値を捕捉する。
The
As shown in FIG. 4, the output terminal of the
The
ボトムホールド回路160bは、コンパレータ161aと、2個のAND回路162、163と、カウンタ164aと、D/A変換回路165を備えている。カウンタ164aは、リセット端子を備えており、電源投入時にリセット信号RSTが加えられる。すると、D/A変換回路165で変換するとVcc/2となる値がカウンタ164aにセットされる。ボトムホールド回路160bは、電源投入時のボトムホールド電圧VbをVcc/2とする。
ボトムホールド回路160pには、増幅後電圧Vmと、2つのクロック信号CLK1、CLK2と、リセット信号RSTと、オフセット調整回路130からのオフセット電圧Voffを指示する信号と、増幅率調整回路140からの増幅率を指示する信号が入力される。
The
The
コンパレータ161aの反転入力端子には、増幅後電圧Vmが入力される。コンパレータ161aの非反転入力端子には、ボトムホールド電圧Vbが入力される。コンパレータ161aの出力端子には、増幅後電圧Vm<ボトムホールド電圧Vbのときに、ハイ電圧が出力される。コンパレータ161aの出力電圧はAND回路162の一方の端子に入力される。AND回路162の他方には、クロック信号CLK1が入力される。増幅後電圧Vm<ボトムホールド電圧Vbの間は、AND回路162の出力端子にクロック信号CLK1が出力される。AND回路162の出力端子は、カウンタ164aのDOWN端子に接続されている。増幅後電圧Vm<ボトムホールド電圧Vbの間は、カウンタ164aのカウント値は短周期で低下していく。クロック信号CLK1は、カウント値の低下速度>増幅後電圧Vmの下降速度の関係が得られる短周期に設定されている。増幅後電圧Vm<ボトムホールド電圧Vbの間は、カウント値が増幅後電圧Vmの下降に追従して低下する。増幅後電圧Vmが下降すると、ボトムホールド電圧Vbも追従して低下する。増幅後電圧Vmが上昇に転じると、AND回路162の出力端子にクロック信号CLK1が現れず、ボトムホールド電圧Vbが保持される。これによって、ボトムホールド電圧Vbは、増幅後電圧Vmの極小値を保存したものとなる。
The amplified voltage Vm is input to the inverting input terminal of the
図6(2)は、周期的に変化する増幅後電圧Vmが緩やかに上昇していく場合を示している。環境温度が変化する場合、あるいは回転体10が偏心回転し、回転体10の回転に追従してギャップδが徐々に狭くなる場合に、増幅後電圧Vmが緩やかに上昇していく現象が生じることがある。
図6の場合、3回の極小値b1、b2、b3が例示されている。b1<b2<b3である。通常のボトムホールド回路は、2回目の極小値b2となっても、保持している極小値b1よりも大きいことから、ボトムホールド電圧Vbをb1からb2に更新しない。しかしながら、周期的に変化する増幅後電圧Vmを周期的な変化に基づいて2値化する場合、そのときそのときの極大値と極小値に更新する必要がある。
FIG. 6 (2) shows a case where the amplified voltage Vm that periodically changes gradually increases. When the environmental temperature changes, or when the
In the case of FIG. 6, three minimum values b1, b2, and b3 are illustrated. b1 <b2 <b3. The normal bottom hold circuit does not update the bottom hold voltage Vb from b1 to b2 because it is larger than the held minimum value b1 even when the second minimum value b2 is reached. However, when the amplified voltage Vm that periodically changes is binarized based on the periodic change, it is necessary to update the maximum value and the minimum value at that time.
ボトムホールド回路160bは、極小値が上昇していく場合に、各周期の極小値に更新する機能を備えている。
図4に示すように、コンパレータ161aの出力端子は、反転したあとに、AND回路163の一方の端子に入力される。AND回路163の他方の端子には、クロック信号CLK2が入力される。コンパレータ161aの出力端子は、増幅後電圧Vm<ボトムホールド電圧Vbのときにハイとなることから、その反転信号がハイとなるのは、増幅後電圧Vm>ボトムホールド電圧Vbのときである。増幅後電圧Vm>ボトムホールド電圧Vbのときに、AND回路163の出力端子にクロック信号CLK2が出力される。AND回路163の出力端子は、カウンタ164aのUP端子に接続されている。増幅後電圧Vm>ボトムホールド電圧Vbの間は、カウンタ164aのカウント値は長周期で増大していく。クロック信号CLK2は、カウント値が緩やかに上昇する長周期に設定されている。増幅後電圧Vm>ボトムホールド電圧Vbの間は、カウンタ164aのカウント値が緩やかに増大し、ボトムホールド電圧Vbが緩やかに増大する。しかしながらその増大速度は遅く、ボトムホールド電圧Vbから増幅後電圧Vmを2値化する閾値電圧を算出しても、ボトムホールド電圧Vbが緩やかに上昇することが2値化結果に影響しない低速度に設定されている。ボトムホールド回路160bでボトムホールドする目的は得られる。しかしながら、図6(2)に示すように、増幅後電圧Vmが緩やかに上昇する際に、次の極小値よりも大きくなる関係は得られる。そのために、周期ごとに極小値が増大する場合に、ボトムホールド回路160bは各周期の極小値に更新されていく。
ボトムホールド回路160bは、回転体10が偏心回転してセンサの出力電圧Vinがうねるような場合にも、各周期の極小値を捕捉する。
The
As shown in FIG. 4, the output terminal of the
The
ピークホールド電圧Vpを人為的に減少させることによって極大値が低下していく場合でも各周期の極大値を捕捉する技術、ならびに、ボトムホールド電圧Vbを人為的に上昇させることによって極小値が増大していく場合でも各周期の極小値を捕捉する技術には、特願2008−244369に記載の技術を用いてもよい。
この技術では、図5に示すように、次に極大値となる直前のタイミングでピークホールド電圧Vpを人為的に減少させる。これによって、極大値が低下していく場合でも各周期の極大値を捕捉することができる。なお、極大値と極小値から閾値電圧を決定して増幅後電圧Vmを2値化処理する動作は、ピークホールド電圧Vpを人為的に減少させるに先立って実施されているので、人為的な処理が2値化に影響することもない。
同様に、次に極小値となる直前のタイミングでボトムホールド電圧Vbを人為的に増加させる。これによって、極小値が上昇していく場合でも各周期の極小値を捕捉することができる。なお、極大値と極小値から閾値電圧を決定して増幅後電圧Vmを2値化処理する動作は、ボトムホールド電圧Vbを人為的に増加させるに先立って実施されているので、人為的な処理が2値化に影響することもない。
Even when the maximum value is lowered by artificially decreasing the peak hold voltage Vp, the technique for capturing the maximum value of each cycle and the minimum value is increased by artificially increasing the bottom hold voltage Vb. Even in the case of going on, the technique described in Japanese Patent Application No. 2008-244369 may be used as a technique for capturing the minimum value of each cycle.
In this technique, as shown in FIG. 5, the peak hold voltage Vp is artificially reduced at a timing immediately before the next maximum value. Thereby, even when the local maximum value decreases, the local maximum value of each cycle can be captured. Note that the operation of binarizing the amplified voltage Vm by determining the threshold voltage from the maximum value and the minimum value is performed prior to artificially reducing the peak hold voltage Vp. Does not affect binarization.
Similarly, the bottom hold voltage Vb is artificially increased at the timing immediately before the next minimum value. Thereby, even when the local minimum value increases, the local minimum value of each cycle can be captured. Note that the operation of binarizing the amplified voltage Vm by determining the threshold voltage from the maximum value and the minimum value is performed prior to artificially increasing the bottom hold voltage Vb. Does not affect binarization.
図2に示すように、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bには、オフセット電圧調整回路130からオフセット電圧Voffを指示する信号が入力される。オフセット電圧調整回路130が増幅回路120のオフセット電圧Voffを修正すれば、それによって増幅後電圧Vmの値が変化する。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bがそれまでのホールド値を保持し続けると、新オフセット電圧Voffを用いた場合の増幅後電圧のピークホールド電圧とボトムホールド電圧からずれてしまう。そこで、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bにオフセット電圧調整回路130からオフセット電圧Voffを指示する信号が入力されると、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bは、今までのピークホールド電圧とボトムホールド電圧を新オフセット電圧による場合の値に変更する。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bは、カウンタ164,164aを備えており、外部からの信号処理で、保持している値を設定し直すことができる。
As shown in FIG. 2, the
図2に示すように、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bには、増幅率調整回路140から増幅率を指示する信号が入力される。増幅率調整回路140が増幅回路120の増幅率を修正すれば、それによって増幅後電圧Vmの値が変化する。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bがそれまでのホールド値を保持し続けると、新増幅率を用いた場合の増幅後電圧Vmの極大値と極小値からずれてしまう。そこで、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bに増幅率調整回路140から増幅率を指示する信号が入力されると、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bは、今までのピークホールド電圧とボトムホールド電圧を新増幅率によって増幅した電圧に一致させる。ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bは、カウンタ164,164aを備えており、外部からの信号処理で、保持している値を設定し直すことができる。
As shown in FIG. 2, the
図7と図8は、第1実施例のセンサ電圧処理回路100が実施する処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。図9と図10は、その処理によって生じる現象を説明する図である。
図7と図8の処理は、電源投入時に実行される。電源投入によって、まず増幅回路120の増幅率が最大の状態に設定される(S4)。すなわち図3のスイッチSW2がスイッチ端子S1に接触する状態に切り換えられる。次に、ピークホールド回路160pのホールド電圧がVcc/2に設定され、その更新処理が停止される(S6)。同様に、ボトムホールド回路160bのホールド電圧がVcc/2に設定され、その更新処理が停止される(S8)。そして増幅回路120のオフセット電圧がVcc/2に設定される(S10)。以上の設定状態が図9のタイミングt1に示されている。
7 and 8 are flowcharts showing the contents of the processing routine executed by the sensor
7 and 8 are executed when the power is turned on. When the power is turned on, first, the amplification factor of the
次に、増幅後電圧VmがVcc/2と比較される(S12)。Vm>Vcc/2であれば、オフセット電圧が高すぎると扱い、オフセット電圧Voffを所定幅だけ下げる(S14)。その処理が繰り返される。最初に設定したVcc/2というオフセット電圧が高すぎれば、ステップS12とS14の処理を繰り返し実行し、増幅後電圧VmがVcc/2に低下するまでオフセット電圧Voffが低くされる。
最初に設定したVcc/2というオフセット電圧が低すぎればステップS16がイエスとなる。この場合には、オフセット電圧が低すぎると扱い、オフセット電圧Voffを所定幅だけ上げる(S18)。その処理が繰り返される。最初に設定したVcc/2というオフセット電圧が低すぎれば、ステップS16とS18の処理を繰り返し実行し、増幅後電圧VmがVcc/2に上昇するまでオフセット電圧Voffが高くされる。
図9は、最初に設定したVcc/2というオフセット電圧が高すぎた場合を例示しており、
その後に修正され、タイミングt2で増幅後電圧Vm=Vcc/2の関係を実現するオフセット電圧に調整された場合を例示している。以上によってオフセット電圧の初期調整を完了する。
Next, the amplified voltage Vm is compared with Vcc / 2 (S12). If Vm> Vcc / 2, the offset voltage is treated as too high, and the offset voltage Voff is lowered by a predetermined width (S14). The process is repeated. If the initially set offset voltage of Vcc / 2 is too high, the processes of steps S12 and S14 are repeated, and the offset voltage Voff is lowered until the amplified voltage Vm drops to Vcc / 2.
If the initially set offset voltage of Vcc / 2 is too low, step S16 becomes yes. In this case, if the offset voltage is too low, the offset voltage Voff is increased by a predetermined width (S18). The process is repeated. If the initially set offset voltage of Vcc / 2 is too low, the processes of steps S16 and S18 are repeated and the offset voltage Voff is increased until the amplified voltage Vm rises to Vcc / 2.
FIG. 9 illustrates the case where the offset voltage of Vcc / 2 that was initially set is too high.
The case where it is corrected after that and adjusted to the offset voltage that realizes the relationship of the amplified voltage Vm = Vcc / 2 at timing t2 is illustrated. Thus, the initial adjustment of the offset voltage is completed.
オフセット電圧Voffが修正されて増幅後電圧VmがVcc/2に一致すると(図9のタイミングt2)、ステップS16がノーとなり、ステップS20以降の処理が実施される。ステップS20では、ピークホールド回路160pがホールドしている電圧Vpの更新処理と、ボトムホールド回路160bがホールドしている電圧Vbの更新処理を開始する。
図9に示すように、タイミングt2となるまでは、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bがVcc/2の電圧を保持している。タイミングt2で増幅後電圧VmがVcc/2に一致し、その後に増幅後電圧Vmが減少すれば、ボトムホールド電圧Vbが更新されて低下する。ピークホールド電圧はVcc/2に保持される。
図示はされていないが、タイミングt2で増幅後電圧VmがVcc/2に一致し、その後に増幅後電圧Vmが上昇すれば、ピークホールド電圧Vpが更新されて上昇する。ボトムホールド電圧はVcc/2に保持される。
When the offset voltage Voff is corrected and the amplified voltage Vm coincides with Vcc / 2 (timing t2 in FIG. 9), step S16 becomes no and the processing after step S20 is performed. In step S20, update processing of the voltage Vp held by the
As shown in FIG. 9, until the timing t2, the
Although not shown, if the amplified voltage Vm coincides with Vcc / 2 at timing t2 and then the amplified voltage Vm increases, the peak hold voltage Vp is updated and increased. The bottom hold voltage is held at Vcc / 2.
ステップS22では、こうして更新されるピークホールド電圧Vpまたはボトムホールド電圧Vbから現在の増幅後電圧Vmまでの変化幅を所定幅と比較する。
この実施例では、回転体10が回転運動したときに観測されるプリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧の振幅の最小値の方が、回転体10が振動運動したときに観測されるプリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧の振幅の最大値よりも大きい。ステップS22で比較対象とされる値を決める式に含まれているΔV1は、回転体10が回転運動したときに観測されるプリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧の振幅の最小値よりも小さく、回転体10が振動運動したときに観測されるプリ増幅回路110で増幅されたセンサ電圧の振幅の最大値よりも大きい。ステップS22がイエスとなれば、回転運動が検出され、ステップS22がノーとなれば、回転運動が検出されないということが言える。
プリ増幅回路110の増幅率は一定であるから、ΔV1の値は一定である。比較対象である増幅後電圧Vmは増幅回路120で増幅されている。そこで、ステップS22では、ΔV1に増幅回路120の増幅率(この場合は最大増幅率)を乗じた値と比較する。
In step S22, the change width from the peak hold voltage Vp or the bottom hold voltage Vb thus updated to the current post-amplification voltage Vm is compared with a predetermined width.
In this embodiment, the minimum value of the amplitude of the sensor voltage amplified by the
Since the amplification factor of the
ステップS22で回転運動が検出されると、2値化処理を開始する(S23)。ステップS23で2値化処理がスタートすると、その後は短時間間隔で繰り返し2値化処理が実施され続ける。
2値化信号がまだ3回反転していない間は、ステップS24でノーとなる。ここで3回としたのは、回転体10が回転運動を始めたことを確実に判定するためである。回転体10が回転運動を始めたと判定されるまでの間は、増幅率の調整処理を行う。
ステップS26では、更新されているピークホールド電圧Vpまたはボトムホールド電圧Vbから現在の増幅後電圧Vmまでの変化幅を所定値と比較する。ここでは、回路の動作電圧範囲(0〜Vcc)との関係で必要な変化幅が得られる状態か否かを判定する。
ステップS26で比較対象とされるΔV2は、回路の動作電圧範囲(0〜Vcc)との関係で決定される値であり、増幅率を乗じる必要がない。
When a rotational motion is detected in step S22, binarization processing is started (S23). When the binarization process starts in step S23, the binarization process is continuously performed repeatedly at short time intervals thereafter.
While the binarized signal has not yet been inverted three times, the answer is no in step S24. The reason why the number of rotations is three times is to reliably determine that the rotating
In step S26, the change width from the updated peak hold voltage Vp or bottom hold voltage Vb to the current post-amplification voltage Vm is compared with a predetermined value. Here, it is determined whether or not a necessary change width is obtained in relation to the operating voltage range (0 to Vcc) of the circuit.
ΔV2 to be compared in step S26 is a value determined in relation to the operating voltage range (0 to Vcc) of the circuit and does not need to be multiplied by the amplification factor.
更新されているピークホールド電圧Vpまたはボトムホールド電圧Vbから現在の増幅後電圧Vmまでの変化幅が所定幅ΔV2を超える場合(S26でイエスの場合)、必要以上に大きな増幅率であると扱い、増幅率を一段階下げる(S28)。この場合、増幅率の切り換えに合わせて、ピークホールド回路160pとボトムホールド回路160bでは、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbを低減後増幅率によって増幅した電圧Vmに一致させる(S30)。ステップS20で、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの更新処理が開始しており、ステップS30の実行後もピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの更新処理が継続される。図9の場合、増幅後電圧Vmが上昇している間にステップS26がYESとなって増幅率が低減されており、低減後の増幅率による増幅後電圧Vmは再び上昇する。これによってピークホールド電圧Vpは更新されていく。増幅後電圧Vmがピークホールド電圧Vpから所定幅を超えて下降する時には、増幅後電圧Vmがそれまでのボトムホールド電圧Vbを下回っている。すなわち、ボトムホールド電圧Vbが増幅後電圧Vmの下降に追従して更新されている間に、増幅後電圧Vmが極大値Vpから所定幅を超えて下降する。この時には増幅後電圧Vm=ボトムホールド電圧Vbとなっている。図9には図示されていないが、増幅後電圧Vmが下降している間にステップS26がYESとなって増幅率が低減される場合、低減後増幅率による増幅後電圧Vmは再び下降する。これによってボトムホールド電圧Vbは更新されていく。増幅後電圧Vmがボトムホールド電圧Vbから所定幅を超えて上昇する時には、増幅後電圧Vmがそれまでのピークホールド電圧Vpを上回っている。すなわち、ピークホールド電圧Vpが増幅後電圧Vmの上昇に追従して更新されている間に、増幅後電圧Vmが極小値値Vbから所定幅を超えて上昇する。この時には増幅後電圧Vm=ピークホールド電圧Vpとなっている。ステップS30で、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbを低減後増幅率によって増幅した電圧Vmに一致させると、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbが必要とされるタイミングとなる前に、ピークホールド電圧Vpは極大値に更新され、ボトムホールド電圧Vbは極小値に更新される。
これに代えて、請求項3に示す方法で、ピークホールド電圧pとボトムホールド電圧Vbを更新してもよい。
ステップS28とS30の実行後に、ステップS22の判定に戻る。再びS22に進むことによって、ノイズによって誤ってエッジを検出してしまうことを防止している。ΔV1の値は、ノイズによる検出ミスが生じない大きさに設定されている。
If the change width from the updated peak hold voltage Vp or bottom hold voltage Vb to the current post-amplification voltage Vm exceeds a predetermined width ΔV2 (in the case of YES in S26), it is treated as an amplification factor larger than necessary. The amplification factor is lowered by one step (S28). In this case, in accordance with the switching of the amplification factor, the
Instead, the peak hold voltage p and the bottom hold voltage Vb may be updated by the method shown in
After executing Steps S28 and S30, the process returns to Step S22. By proceeding to S22 again, it is possible to prevent an edge from being erroneously detected due to noise. The value of ΔV1 is set to a size that does not cause detection errors due to noise.
図9の場合、増幅後電圧Vmがタイミングt3で極小値を取り、その後は上昇している場合を例示している。タイミングt4で、上昇中の増幅後電圧Vmが、直前の極小値から所定幅ΔV2だけ変化したタイミングを例示している。この場合、タイミングt4で増幅率が一段階下げられ、それにともなって増幅後電圧Vmが低減し、それに追従してピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbが増幅後電圧Vmに一致させられた様子を示している。 In the case of FIG. 9, the case where the amplified voltage Vm takes the minimum value at the timing t3 and then increases is illustrated. The timing at which the increasing amplified voltage Vm is changed by a predetermined width ΔV2 from the immediately preceding minimum value at timing t4 is illustrated. In this case, the amplification factor is lowered by one step at timing t4, and the voltage Vm after amplification decreases accordingly, and the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb are made to coincide with the voltage Vm after amplification following that. Show.
図7の処理によると、ステップS26とステップS28が繰り返され、増幅率が最大値から一段階づつ低減されているうちに、ステップS24がイエスとなる。ステップS24がイエスとなると、そのときの増幅率に固定され、その後は増幅回路120の増幅率を調整することがない。
ステップS24がイエスとなったときに、増幅回路120のオフセット電圧と増幅率の調整処理が完了する。
According to the process of FIG. 7, step S26 and step S28 are repeated, and step S24 becomes YES while the amplification factor is reduced from the maximum value one step at a time. If step S24 is YES, the amplification factor at that time is fixed, and thereafter, the amplification factor of the
When step S24 becomes YES, the adjustment process of the offset voltage and amplification factor of the
図8の処理は、増幅回路120のオフセット電圧と増幅率の調整処理が完了し、回転検出している間の処理を示す。この間も、ステップS20でスタートしたピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの更新処理と、ステップS23でスタートした2値化処理が継続して実施される。なお増幅後電圧Vmのピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbを分圧して閾値電圧Vrefを得、その閾値電圧Vrefと増幅後電圧Vmの大小関係から増幅後電圧Vmを2値化する処理は、特開2009−192529号公報に記載されており、重複説明を省略する。
The process of FIG. 8 shows a process while the adjustment process of the offset voltage and the amplification factor of the
ステップS34では、更新されたピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbと、増幅後電圧Vmの全部が動作電圧範囲(0〜Vccの範囲内)にあるか否かを判定する。動作電圧範囲にあれば、2値化処理を続ける。増幅後電圧Vmとピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbのいずれかが動作電圧範囲(0〜Vccの範囲)の限界に達していれば、オフセット電圧調整回路130でオフセット電圧を調整する(S36)。動作電圧範囲の上限に達していればオフセット電圧を下げ、動作電圧範囲の下限に達していればオフセット電圧を上げる。オフセット電圧の調整にあわせてピークホールド回路160pが保存しているピークホールド電圧Vpと、ボトムホールド回路160bが保存しているボトムホールド電圧Vbを修正する。ただし、オフセット電圧の調整幅と、ピークホールド電圧Vpの調整幅とボトムホールド電圧Vbの修正幅は一致しない。オフセット電圧の調整幅が増幅回路120で増幅されたものが、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの調整量となるからである。
In step S34, it is determined whether or not all of the updated peak hold voltage Vp, bottom hold voltage Vb, and amplified voltage Vm are within the operating voltage range (within 0 to Vcc). If it is within the operating voltage range, the binarization process is continued. If any of the amplified voltage Vm, the peak hold voltage Vp, and the bottom hold voltage Vb has reached the limit of the operating voltage range (0 to Vcc range), the offset voltage is adjusted by the offset voltage adjustment circuit 130 (S36). . If the upper limit of the operating voltage range is reached, the offset voltage is lowered, and if the lower limit of the operating voltage range is reached, the offset voltage is raised. The peak hold voltage Vp stored in the
増幅回路120のオフセット電圧を調整するので、増幅回路120の増幅後電圧を調整する場合に比して電圧の調整範囲を広く確保することができる。また、プリ増幅回路110のオフセット電圧を調整する場合に比して細かな調整幅が必要とされず、少ないビット数のD/A変換機で対応することができる。
Since the offset voltage of the
図10に、図7と図8の処理で生じる現象を例示している。(a)の実線は、増幅後電圧Vmを示し、(b)の実線はピークホールド電圧Vpを示し、(b)の破線はボトムホールド電圧Vbを示し、(a)の破線はピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの中間値を示し、(d)は2値化結果を示し、(e)は増幅率の変化を示している。
タイミングt0〜t1は、回転体が回転しておらず、微小振動しており、最大増幅率Gmaxで増幅した増幅後電圧Vmの振幅が小さい。
タイミングt1は、増幅後電圧Vmのピークホールド電圧Vpからの変動幅が、回転体の振動運動時に生じる増幅後電圧の振幅の最大値よりも大きく変化したタイミングを例示している。すなわち、回転体が回転運動しないと観測されないほど大きな電圧変動幅が観測されたタイミングを例示している。
タイミングT1は、増幅率Gmaxで増幅した電圧Vmのピークホールド電圧Vpからの変動幅が所定幅ΔV2よりも大きくなり、増幅率をGmaxからG1に低減したタイミングを示している。増幅率がGmaxであるときの増幅後電圧Vmのボトム電圧とピーク電圧の両者が判明し、そのときの振幅が判明した時点で増幅率を低減することもできるが、本実施例では、増幅率がGmaxであるときの振幅が判明するのを待たず、ピークホールド電圧Vpからの変動幅が所定幅ΔV2となった時点で増幅率をGmaxからG1に低減している。増幅率を適切な値に調整するまでの時間が短縮化される。増幅率をGmaxからG1に低減したタイミングT1では、ボトムホールド電圧Vbとピークホールド電圧Vpを、G1の増幅率で増幅した電圧Vmに一致させる。
タイミングT2は、増幅率G1で増幅した電圧Vmのボトムホールド電圧Vbからの変動幅が所定幅ΔV2よりも大きくなり、増幅率をG1からG2に低減したタイミングを示している。増幅率をG1にしたときの増幅後電圧Vmの振幅が判明するのを待たず、ボトムホールド電圧Vpからの変動幅が所定幅ΔV2となった時点で増幅率をG1からG2に低減している。増幅率を適切な値に調整するまでの時間が短縮化される。タイミングT2では、増幅率の低減に連動して、ボトムホールド電圧Vbとピークホールド電圧Vpを、G2の増幅率で増幅した電圧Vmに一致させる。
タイミングt2、t3・・は2値化信号の反転タイミングを示している。増幅後電圧Vmが、極値保存回路160が保存している極大値または極小値から、回転体の振動現象によって生じる増幅後電圧の振幅の最大値を超えて変化した時(タイミングt1)以後に、2値化回路の出力が3回反転するまで(タイミングt4まで)増幅率の低減処理を続け、2値化回路の出力が3回反転すれば、そのときの増幅率に固定する。
回転運動開始後に2値化回路の出力が3回反転すれば、その間に増幅後電圧が極大値から極小値まで変化していることから、それ以上に増幅率を低減させなくても、それまでに調整された増幅率による増幅後電圧Vmが動作範囲内にあることが保証される。2値化回路の出力が3回反転すれば、それ以上の増幅率の調整処理が不要であるとすることができる。
FIG. 10 illustrates a phenomenon that occurs in the processing of FIGS. 7 and 8. The solid line in (a) shows the amplified voltage Vm, the solid line in (b) shows the peak hold voltage Vp, the broken line in (b) shows the bottom hold voltage Vb, and the broken line in (a) shows the peak hold voltage Vp. And (b) shows the binarization result, and (e) shows the change in the amplification factor.
At timings t0 to t1, the rotating body is not rotating, is slightly oscillating, and the amplitude of the amplified voltage Vm amplified at the maximum amplification factor Gmax is small.
The timing t1 illustrates the timing at which the fluctuation range of the amplified voltage Vm from the peak hold voltage Vp changes more than the maximum value of the amplitude of the amplified voltage that occurs during the oscillating motion of the rotating body. That is, the timing when a voltage fluctuation range that is so large that it cannot be observed unless the rotating body rotates is illustrated.
Timing T1 indicates the timing when the fluctuation range of the voltage Vm amplified at the amplification factor Gmax from the peak hold voltage Vp becomes larger than the predetermined width ΔV2, and the amplification factor is reduced from Gmax to G1. When both the bottom voltage and the peak voltage of the amplified voltage Vm when the amplification factor is Gmax are found and the amplitude at that time is found, the amplification factor can be reduced. The amplification factor is reduced from Gmax to G1 when the fluctuation width from the peak hold voltage Vp becomes the predetermined width ΔV2 without waiting for the amplitude when Gmax is equal to Gmax. The time until the amplification factor is adjusted to an appropriate value is shortened. At timing T1 when the amplification factor is reduced from Gmax to G1, the bottom hold voltage Vb and the peak hold voltage Vp are made to coincide with the voltage Vm amplified with the amplification factor of G1.
Timing T2 indicates a timing at which the fluctuation range of the voltage Vm amplified at the amplification factor G1 from the bottom hold voltage Vb becomes larger than the predetermined width ΔV2, and the amplification factor is reduced from G1 to G2. Without waiting for the amplitude of the amplified voltage Vm when the amplification factor is set to G1, the amplification factor is reduced from G1 to G2 when the fluctuation range from the bottom hold voltage Vp becomes a predetermined width ΔV2. . The time until the amplification factor is adjusted to an appropriate value is shortened. At timing T2, the bottom hold voltage Vb and the peak hold voltage Vp are made to coincide with the voltage Vm amplified with the amplification factor of G2, in conjunction with the reduction of the amplification factor.
Timings t2, t3,... Indicate the inversion timing of the binarized signal. After the amplified voltage Vm changes from the maximum value or the minimum value stored in the extreme
If the output of the binarization circuit is inverted three times after the start of the rotational motion, the amplified voltage changes from the maximum value to the minimum value during that time, so even if the amplification factor is not reduced further, It is guaranteed that the amplified voltage Vm with the amplification factor adjusted to be within the operating range. If the output of the binarization circuit is inverted three times, it can be said that further adjustment processing of the amplification factor is unnecessary.
増幅率の調整完了後に、何らかの原因によって、増幅後電圧Vmが動作電圧範囲の限界に達することがある。タイミングT3は、何らかの原因で、増幅後電圧Vmが動作電圧範囲の上限電圧Vccに上昇した場合を例示している。この場合、オフセット電圧を調整するだけで増幅後電圧Vmを動作電圧範囲に戻すことができることが判明しており、増幅率を低減する必要がないことが判明している。この場合、オフセット電圧Voffの調整にあわせてピークホールド回路160pが保存しているピークホールド電圧Vpと、ボトムホールド回路160bが保存しているボトムホールド電圧Vbも修正すればよい。図8の処理が、この処理を実施する。
増幅後電圧Vmのピークホールド電圧Vpからの変動幅が所定幅ΔV2よりも大きくなるタイミングT1では、増幅後電圧Vm=ボトムホールド電圧Vbである。そこで、本実施例では、増幅後電圧Vmとピークホールド電圧Vpの差を所定幅ΔV2と比較するのに代えて、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差を所定幅ΔV2と比較している。タイミングT2では、増幅後電圧Vm=ピークホールド電圧Vpである。増幅後電圧Vmとボトムホールド電圧Vbの差を所定幅ΔV2と比較するのに代えて、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbの差を所定幅ΔV2と比較しても、同じ結果を得ることができる。図7のステップS26は、Vp−Vb>ΔV2?としてもよい。
After completion of the adjustment of the amplification factor, the amplified voltage Vm may reach the limit of the operating voltage range for some reason. Timing T3 illustrates the case where the amplified voltage Vm rises to the upper limit voltage Vcc of the operating voltage range for some reason. In this case, it has been found that the amplified voltage Vm can be returned to the operating voltage range simply by adjusting the offset voltage, and it has been found that there is no need to reduce the amplification factor. In this case, the peak hold voltage Vp stored in the
At timing T1 when the fluctuation range of the amplified voltage Vm from the peak hold voltage Vp becomes larger than the predetermined width ΔV2, the amplified voltage Vm = bottom hold voltage Vb. Therefore, in this embodiment, instead of comparing the difference between the amplified voltage Vm and the peak hold voltage Vp with the predetermined width ΔV2, the difference between the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb is compared with the predetermined width ΔV2. . At timing T2, the amplified voltage Vm = the peak hold voltage Vp. The same result can be obtained by comparing the difference between the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb with the predetermined width ΔV2 instead of comparing the difference between the amplified voltage Vm and the bottom hold voltage Vb with the predetermined width ΔV2. it can. In step S26 of FIG. 7, Vp−Vb> ΔV2? It is good.
本実施例では、最初に増幅率を最大値に設定しておく。そして増幅後電圧Vmの変化幅が動作電圧範囲との関係で設定されている所定幅以上となると増幅率を低減する。その処理を、回転運動が所定回数だけ観測されるまで繰り返す。
本実施例によると、回転体の振動の伴う微弱な電圧変化を適切な振幅となるまで増幅するような増幅率に設定することがない。振動の伴う微弱な電圧変化によって増幅率を調整すると、回転に伴う電圧変化に対しては過大な増幅率に設定されてしまい、回転運動が始まった段階で増幅率を再度調整する必要があるか否かを判断し、必要なら増幅率を再度調整する必要が生じる。本実施例では、電源の投入直後に回転体が回転し始めた段階で適正増幅率に調整され、再調整が必要か否かを判断する必要がない。再調整を要しない。
In this embodiment, the amplification factor is first set to the maximum value. When the change width of the amplified voltage Vm becomes equal to or larger than a predetermined width set in relation to the operating voltage range, the amplification factor is reduced. This process is repeated until a rotational motion is observed a predetermined number of times.
According to the present embodiment, it is not set to an amplification factor that amplifies a weak voltage change accompanying vibration of the rotating body until an appropriate amplitude is obtained. If the amplification factor is adjusted by a weak voltage change accompanying vibration, it will be set to an excessive amplification factor for the voltage change accompanying rotation, and it is necessary to adjust the amplification factor again at the stage when the rotational motion starts. It is necessary to adjust the amplification factor again if necessary. In this embodiment, the amplification factor is adjusted to an appropriate amplification factor when the rotating body starts rotating immediately after the power is turned on, and it is not necessary to determine whether or not readjustment is necessary. No readjustment is required.
図11は、図7の処理手順の変形例を示している。図7の処理を同じ処理には同一のステップ番号を付して重複説明を省略する。
図11の処理では、ステップS26aを先に実施し、ステップS22aを後に実施する。すなわち、ステップS26aで、直前のピークホールド電圧またはボトムホールド電圧から現在の増幅後電圧Vmまでの変化幅を所定幅と比較する。以上であれば増幅率を低下させる(S28a)。その後に、ピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbを低減後増幅率によって増幅した電圧Vmに一致させる(S30a)。その後に、回転運動が検出されるか否かを判定する(S22a)。回転運動に伴う反転現象が3回検出されるまで、増幅率の調整処理を繰り返す。このようにしても、増幅率が短時間のうちに適切な値に調整される。図11の手順は、過大に設定されている最大増幅率から調整し始める場合を扱っている。最初に用いる最大増幅率が適値である可能性がある場合には、ステップS26aでNOとなったときにステップS22aの判別処理に進む処理手順とする。
FIG. 11 shows a modification of the processing procedure of FIG. The same processes as those in FIG. 7 are denoted by the same step numbers, and redundant description is omitted.
In the process of FIG. 11, step S26a is performed first, and step S22a is performed later. That is, in step S26a, the change width from the previous peak hold voltage or bottom hold voltage to the current amplified voltage Vm is compared with a predetermined width. If it is above, the amplification factor is lowered (S28a). Thereafter, the peak hold voltage Vp and the bottom hold voltage Vb are made to coincide with the voltage Vm amplified by the post-reduction amplification factor (S30a). Thereafter, it is determined whether or not a rotational motion is detected (S22a). The amplification factor adjustment process is repeated until the inversion phenomenon accompanying the rotational motion is detected three times. Even in this case, the amplification factor is adjusted to an appropriate value within a short time. The procedure of FIG. 11 deals with a case where the adjustment starts from the maximum amplification factor that is set excessively. If there is a possibility that the maximum amplification factor to be used first is an appropriate value, the process proceeds to the determination process in step S22a when NO is determined in step S26a.
B.本発明の第2実施例に係るセンサ電圧処理回路:
B−1.本発明の第2実施例に係るセンサ電圧処理回路の構成:
図12は、第2実施例の回転検出システムを示しており、回転体10aと、2個のセンサ11a、11bと、センサ電圧処理回路200を備えている。
回転体10aは正逆回転可能であり、センサ電圧処理回路200は回転方向をも検出することができる。2個のセンサ11a、11bは、回転体10aの回転中心を基準として相互に角度αだけシフトした位置に配置されている。その角度αは、1つの歯10taが張る角度βと相違している。図13に示すように、回転体10aが正回転していると、センサ11aの出力電圧Vaがセンサ11bの出力電圧Vbよりも早く変化する。例えば、Vaが極小値から上昇に転じるタイミングは、Vbが極小値から上昇に転じるタイミングよりも早い。すなわち、Vbを2値化した信号がハイに反転するタイミングで、Vaを2値化した信号がハイであれば、回転体10aが正回転していると判定できる。回転体10aが逆回転していると、センサ11aの出力電圧Vaがセンサ11bの出力電圧Vbよりも遅く変化する。例えば、Vaが極小値から上昇に転じるタイミングは、Vbが極小値から上昇に転じるタイミングよりも遅い。すなわち、Vbを2値化した信号がハイに反転するタイミングで、Vaを2値化した信号がローであれば、回転体10aが逆回転していると判定できる。
B. Sensor voltage processing circuit according to the second embodiment of the present invention:
B-1. Configuration of sensor voltage processing circuit according to second embodiment of the present invention:
FIG. 12 shows a rotation detection system of the second embodiment, which includes a
The
センサ電圧処理回路200は、2個のセンサ電圧処理部100a、100bと、回転方向判定回路180と、三値信号出力回路190とを備えている。2個のセンサ電圧処理部100a、100bの各々は、第1実施例のセンサ電圧処理回路100と同一の構成を有している。第1実施例と同様にしてオフセット電圧と増幅率を調整する。
The sensor
B−2.本発明の第2実施例に係るセンサ電圧処理回路の動作:
図13(2)に、センサ11aの出力電圧Vaとセンサ11bの出力電圧Vbが変化する様子を示す。図中の左半分は回転体10aが正回転している場合を示す、右半分は逆回転している場合を示す。前記したように、回転体10aが正回転していると、センサ11aの出力電圧Vaがセンサ11bの出力電圧Vbよりも早く変化する。回転体10aが逆回転していると、センサ11aの出力電圧Vaがセンサ11bの出力電圧Vbよりも遅く変化する。
B-2. Operation of the sensor voltage processing circuit according to the second embodiment of the present invention:
FIG. 13B shows how the output voltage Va of the
センサ電圧処理部100aは、センサ11aのセンサ電圧Vaを、Vaの極大値と極小値の中間値に基づいて2値化処理し、2値化信号Saを生成する((3)を参照)。センサ電圧処理部100bは、センサ11bのセンサ電圧Vbを、Vbの極大値と極小値の中間値に基づいて2値化処理し、2値化信号Sbを生成する((4)を参照)。2値化信号Saと2値化信号Sbは、図13から分かるように、位相差を有しており、その位相差の正負が回転方向によって変化する。
The sensor
回転方向判定回路180は、2値化信号Saと2値化信号Sbの位相差の正負に基づいて回転方向を判別する。具体的には、2値化信号Sbの立ち上がりエッジにおいて2値化信号Saのハイ・ローを判定する。回転方向判定回路180は、2値化信号Sbの立ち上がりエッジにおいて2値化信号Saがハイであれば正回転と判別(時刻T1aを参照)する。2値化信号Sbの立ち上がりエッジにおいて2値化信号Saがローであれば逆回転と判別する(時刻T2aを参照)。
The rotation
回転方向判定回路180と三値信号出力回路190は2本の信号線で接続されており、正回転時には2値化信号SaをSa1に出力し((5)参照)、逆回転時には2値化信号SaをSa2に出力する((6)参照)。以下ではSa1を正回転パルスといい、Sa2を逆回転パルスということがある。三値信号出力回路190は、正回転パルスSa1を入力したときには、正回転パルスSa1がハイの間は0vであり、ローの間はVccである出力電圧Voutを出力する。逆回転パルスSa2を入力したときには、逆回転パルスSa2がハイの間はVcc/2であり、ローの間はVccである出力電圧Voutを出力する((7)参照)。
The rotation
第2実施例の回転検出システムでは、センサ11aのセンサ電圧Va又はセンサ11bのセンサ電圧Vbの振幅の大きさによって回転体10aが回転しているのか振動しているのかが判定できる。回転時のセンサ電圧Va、Vbに適したオフセット電圧と増幅率に調整される。この点は、第1実施例に同じである。
In the rotation detection system of the second embodiment, it can be determined whether the
C.本発明の第3実施例に係るセンサ電圧処理回路:
C−1.本発明の第3実施例に係るセンサ電圧処理回路の構成:
図14は、第3実施例の回転検出システムを示しており、回転体10aと、2個のセンサ11a、11bと、センサ電圧処理回路400を備えている。
回転体10aは正逆回転可能である。回転体10aと、センサ11a、11bの関係は、第2実施例と同じであり、重複説明を省略する。
回転体10aは、正逆方向に回転するほか、回転中心が図示のx方向に微振動したり、y方向に微振動したり、あるいは回転方向に微振動する。振動によってもセンサ11a、11bが出力するセンサ電圧Va、Vbが周期的に変化し、センサ電圧Va、Vbの振幅からだけでは、回転体10aが回転しているのか振動しているのかの判別ができない。
C. Sensor voltage processing circuit according to the third embodiment of the present invention:
C-1. Configuration of sensor voltage processing circuit according to third embodiment of the present invention:
FIG. 14 shows a rotation detection system of the third embodiment, which includes a
The
The
センサ電圧Va、Vbの位相差に着目すると、回転体10aが回転している場合の位相差と、振動している場合の位相差が相違する。そこで、位相差から回転体10aが回転しているのか振動しているのかを判別することができる。
ただし、センサ電圧Va、Vbの振幅が小さい場合には、2値化の精度が低いために、回転している場合の2値化信号Sa,Sbの位相差と、振動している場合の2値化信号Sa,Sbの位相差が区別できない。そこで、位相差で判別する際にも、センサ電圧Va、Vbの振幅を大きく増幅しておいて(後記する位相判別が可能となるレベルにまで増幅しておいて)位相差を判別する必要がある。
なお、下記に説明する回転と振動の判別技術は、特開2009−192529号公報に記載されており、詳細説明は省略する。詳細な説明は前記公開公報を参照されたい。
When attention is paid to the phase difference between the sensor voltages Va and Vb, the phase difference when the
However, when the amplitudes of the sensor voltages Va and Vb are small, since the accuracy of binarization is low, the phase difference between the binarized signals Sa and Sb when rotating and 2 when vibrating. The phase difference between the digitized signals Sa and Sb cannot be distinguished. Therefore, when discriminating by the phase difference, it is necessary to greatly amplify the amplitudes of the sensor voltages Va and Vb (amplify them to a level that enables phase discrimination described later) to discriminate the phase difference. is there.
Note that the rotation and vibration discrimination technology described below is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-192529, and detailed description thereof is omitted. Refer to the above-mentioned publication for detailed explanation.
図16は、縦軸に増幅回路120で増幅されたセンサ電圧Va、Vbの振幅の大きさをとり、横軸にセンサ電圧Va、Vbの位相差をとっている。
範囲194は、回転体10aが回転運動している場合に観測される範囲を示している。回転体10aが回転運動している場合は、VT1以上の振幅となり、位相差が70°前後となる。位相差は40°〜110°の範囲である。
範囲192は、回転体10aが振動している場合に観測される一つの範囲を示している。ほぼ0°の位相差となる。範囲196は、回転体10aが振動している場合に観測される他の一つの範囲を示している。ほぼ180°の位相差となる。
ただし、センサ電圧Va、Vbの振幅の大きさがVT1以上であるから回転体10aが回転しているとはいえない。回転体10aが振動している場合にもセンサ電圧Va、Vbの振幅の大きさがVT1以上となることがあるからである。ただし、センサ電圧Va、Vbの振幅の大きさがVT2以上であれば回転体10aが回転しているということがいえる。回転と振動の判別手順に、振幅がVT2以上か否かを判別する処理手順を加えてもよい。
また、位相差が40°〜110°の範囲にあるから回転体10aが回転しているとはいえない。振幅がVT1以下である場合には、回転体10aが振動している場合にも位相差が40°〜110°の範囲に入ることがある。
In FIG. 16, the vertical axis represents the amplitude of the sensor voltages Va and Vb amplified by the
A
A
However, it cannot be said that the
Further, since the phase difference is in the range of 40 ° to 110 °, it cannot be said that the
センサ電圧Va、Vbの位相差が簡単に計算できれば、図16のマップを活用して回転と振動を判別することができる。本実施例では、それに代えて、特定のタイミングで判別することによって、図16のマップによる判定結果と同じ判定結果を得る。 If the phase difference between the sensor voltages Va and Vb can be calculated easily, rotation and vibration can be discriminated using the map of FIG. In the present embodiment, instead, the determination result is obtained at a specific timing, thereby obtaining the same determination result as the determination result by the map of FIG.
図15は、第3実施例のセンサ電圧処理回路400の内部構成を示している。センサ電圧処理回路400は、2つのセンサ電圧処理部100c,100dを備えている。センサ電圧処理部100cは、第2実施例のセンサ電圧処理部100aの機能の全部を備えており、さらに付加的機能も備えている。センサ電圧処理部100dは、第2実施例のセンサ電圧処理部100bの機能の全部を備えており、さらに付加的機能も備えている。
センサ電圧処理部100cは回転・振動判定部300aを備えており、センサ電圧処理部100dは回転・振動判定部300bを備えている。回転・振動判定部300a,300bは、図14に示すように、回転・振動判定部300を構成しているということもできる。
FIG. 15 shows the internal configuration of the sensor
The sensor
図17は、2つのセンサ電圧処理部100c,100dの付加的機能を実現する構成を示している。2つのセンサ電圧処理部100c,100dは同一の構成を備えており、以下では共通に説明する。
図17において、160pはピークホールド電圧Vpを保存している、160bはボトムホールド電圧Vbを保存している。160pと160bの間に、4個の分圧抵抗R10、R20、R30、R40が接続されている。分圧抵抗のR10、R20、R30、R40の抵抗値は全部等しい。すると図示のVu、Vref、Vdの値は下記となる。
Vu =Vb+3/4×(Vp−Vb)
Vref=Vb+2/4×(Vp−Vb)
Vd =Vb+1/4×(Vp−Vb)
FIG. 17 shows a configuration for realizing additional functions of the two sensor
In FIG. 17, 160p stores the peak hold voltage Vp, and 160b stores the bottom hold voltage Vb. Four voltage dividing resistors R10, R20, R30, and R40 are connected between 160p and 160b. The resistance values of the voltage dividing resistors R10, R20, R30, and R40 are all equal. Then, the values of Vu, Vref and Vd shown in the figure are as follows.
Vu = Vb + 3/4 × (Vp−Vb)
Vref = Vb + 2/4 × (Vp−Vb)
Vd = Vb + 1/4 × (Vp−Vb)
VuとVrefは、第1ヒステリシスコンパレータ171uに入力される。第1ヒステリシスコンパレータ171uは、スイッチ172uと、コンパレータ173uと、インバータ174uを備えている。コンパレータ173uの非反転入力端子には、増幅後のセンサ電圧Vmが入力する。コンパレータ173uの反転入力端子には、VuとVrefのどちらかが入力する。
スイッチ172uは、コンパレータ173uの出力端子がローからハイに反転した時に、Vrefを反転入力端子に接続し、コンパレータ173uの出力端子がハイからローに反転した時に、Vuを反転入力端子に接続する。
Vu and Vref are input to the
The
図18(A)のDuは、コンパレータ173uの反転入力端子の電圧を示している。最初にDu=Vuであるとする。またVmaは、センサ11aの出力電圧を増幅回路120で増幅した電圧を示している。
タイミングt12は、Vma>Vuとなり、コンパレータ173uの出力がローからハイに反転した時を示している。この時にスイッチ172uは、Du=Vrefに切り換える。タイミングt13は、Vma<Vrefとなり、コンパレータ173uの出力がハイからローに反転した時を示している。この時にスイッチ172uは、Du=Vuに切り換える。コンパレータ173uが比較の基準とする電圧は、図18の(A)のDuで示すように変化し、コンパレータ173uの出力Durは(B)のように変化する。
Du in FIG. 18A indicates the voltage at the inverting input terminal of the
Timing t12 indicates when Vma> Vu and the output of the
第2ヒステリシスコンパレータ171dには、VrefとVdが入力される。第2ヒステリシスコンパレータ171dは、スイッチ172dと、コンパレータ173dと、インバータ174dを備えている。コンパレータ173dの非反転入力端子には、増幅後のセンサ電圧Vmが入力する。コンパレータ173dの反転入力端子には、VdとVrefのどちらかが入力する。
スイッチ172dは、コンパレータ173dの出力端子がローからハイに反転した時に、Vdを反転入力端子に接続し、コンパレータ173dの出力端子がハイからローに反転した時に、Vrefを反転入力端子に接続する。
Vref and Vd are input to the
The
図18(A)のDrは、コンパレータ173dの反転入力端子の電圧を示している。最初にDr=Vrefであるとする。またVmaは、センサ11aの出力電圧を増幅回路120で増幅した電圧を示している。
タイミングt11は、Vma>Vrefとなり、コンパレータ173dの出力がローからハイに反転した時を示している。この時にスイッチ172dは、Dr=Vdに切り換える。タイミングt14は、Vma<Vdとなり、コンパレータ173dの出力がハイからローに反転した時を示している。この時にスイッチ172dは、Dr=Vrefに切り換える。コンパレータ173dが比較の基準とする電圧は、図18の(A)のDrで示すように変化し、コンパレータ173dの出力Ddrは(C)のように変化する。
Dr in FIG. 18A indicates the voltage at the inverting input terminal of the
Timing t11 indicates when Vma> Vref and the output of the
コンパレータ173uの出力電圧Durは、フリップフロップ回路176のセット端子Sに供給される。また、コンパレータ173uの出力電圧Durはインバータ174uで反転され、フリップフロップ回路175のリセット端子Rに供給される。
コンパレータ173dの出力電圧Ddrは、フリップフロップ回路175のセット端子Sに供給される。また、コンパレータ173dの出力電圧Ddrはインバータ174dで反転され、フリップフロップ回路176のリセット端子Rに供給される。
The output voltage Dur of the
The output voltage Ddr of the
フリップフロップ回路175は、コンパレータ173uの出力電圧Durを反転した電圧と、コンパレータ173dの出力電圧Ddrに基づいて、2値化信号Saを生成する。フリップフロップ回路175では、セット端子Sの電圧Ddrがローからハイに立ち上がった時(タイミングt11、t15等)に出力端子Saの電圧がハイとなり、リセット端子Rの電圧(Durを反転した電圧)がローからハイに立ち上がった時(タイミングt13、t17等)に出力端子Saの電圧がローとなる。この結果、フリップフロップ回路175は、(D)に示す2値化信号Saを生成する。2値化信号Saは、増幅されたセンサ電圧VmaがVrefを超えた時に反転する信号となっている。
The flip-
フリップフロップ回路176は、コンパレータ173uの出力電圧Durと、コンパレータ173dの出力電圧Ddrを反転した電圧に基づいて、遅れ2値化信号Sadを生成する。フリップフロップ回路176では、セット端子Sの電圧Durがローからハイに立ち上がった時(タイミングt12、t16等)に出力端子Sadの電圧がハイとなり、リセット端子Rの電圧(Ddrを反転した電圧)がローからハイに立ち上がった時(タイミングt14、t18等)に出力端子Sadの電圧がローとなる。この結果、フリップフロップ回路176は、(E)に示す遅れ2値化信号Sadを生成する。遅れ2値化信号Sadは、増幅されたセンサ電圧Vmaが、Vuを超えて上昇した時と、Vdを超えて下降した時に反転する信号となっている。明らかに、遅れ2値化信号Sadは2値化信号Saよりも遅れて反転する。
The flip-
図15に示すように、センサ11bのセンサ電圧Vbを処理する回路の2値化処理部170aも同種の出力を生成する。
結局、センサ11aに対する2値化信号Saと、その遅れ2値化信号Sadと、センサ11bに対する2値化信号Sbと、その遅れ2値化信号Sbdが得られる。
As shown in FIG. 15, the
Eventually, the binarized signal Sa for the
回転・振動判定部300a、300bには、上記の4種類の反転信号Sa、Sad、Sb、Sbdが入力される。 The four types of inversion signals Sa, Sad, Sb, and Sbd are input to the rotation / vibration determination units 300a and 300b.
図19は、回転・振動判定部300a、300bの回路構成を示す。図19(b)の判定のタイミングは、回転・振動を判定するタイミングを示している。遅れ2値化信号の反転タイミングで判定することを示している。ここで、上向きの矢印はハイに反転するタイミングを示し、下向きの矢印はローに反転するタイミングを示している。対象信号は、そのタイミングで検査対象とする2値化信号を示している。2値化信号SaとSbいずれかがハイ又はローのいずれであるかを判定する。
図19の(1)は、判定タイミングにおける対象信号のハイ・ローと、そのときの回転体10aの運動状態の関係を示している。例えば、回転体10aが正回転していれば、遅れ2値化信号Sadがハイに反転するタイミングでの2値化信号Sbはローであり、遅れ2値化信号Sbdがハイに反転するタイミングでの2値化信号Saはハイであり、遅れ2値化信号Sadがローに反転するタイミングでの2値化信号Sbはハイであり、遅れ2値化信号Sbdがローに反転するタイミングでの2値化信号Saはローである。回転体10aが逆回転していれば、遅れ2値化信号Sadがハイに反転するタイミングでの2値化信号Sbはハイであり、遅れ2値化信号Sbdがハイに反転するタイミングでの2値化信号Saはローであり、遅れ2値化信号Sadがローに反転するタイミングでの2値化信号Sbはローであり、遅れ2値化信号Sbdがローに反転するタイミングでの2値化信号Saはハイである。回転体10aが振動している場合には、正回転時のパターンとも相違し、逆回転時のパターンとも相違する。
FIG. 19 shows a circuit configuration of the rotation / vibration determination units 300a and 300b. The determination timing in FIG. 19B indicates the timing for determining rotation / vibration. The determination is based on the inversion timing of the delayed binary signal. Here, the upward arrow indicates the timing of reversing to high, and the downward arrow indicates the timing of reversing to low. The target signal indicates a binary signal to be inspected at that timing. It is determined whether one of the binary signals Sa and Sb is high or low.
(1) of FIG. 19 shows the relationship between the high and low of the target signal at the determination timing and the motion state of the
遅れ2値化信号Sadがハイに反転するタイミング、遅れ2値化信号Sbdがハイに反転するタイミング、遅れ2値化信号Sadがローに反転するタイミング、遅れ2値化信号Sbdがローに反転するタイミングの4回の判定結果から、回転体10aが正回転しているのか、逆回転しているのか、振動しているのかを判定することができる。
The timing at which the delayed binary signal Sad is inverted to high, the timing at which the delayed binary signal Sbd is inverted to high, the timing at which the delayed binary signal Sad is inverted to low, and the delayed binary signal Sbd is inverted to low. From the determination result of the timing four times, it can be determined whether the
上記の判定関係は、図16のマップに対応している。VmaとVmbの位相差を検出するのに代えて、遅れ2値化信号の反転タイミングで2値化信号のハイ・ローを判定することによって、図16のマップによって、回転しているのか回転していないのかを判定したのと同じ判定結果を得ることができる。 The above determination relationship corresponds to the map of FIG. Instead of detecting the phase difference between Vma and Vmb, whether the signal is rotating or not is determined according to the map shown in FIG. 16 by determining whether the binary signal is high or low at the inversion timing of the delayed binary signal. It is possible to obtain the same determination result as determining whether or not it is not.
図19(a)の論理演算回路は、前記4回の判定結果から、回転体10aが正回転しているのか、逆回転しているのか、振動しているのかを判定する回路を示している。正回転していれば、AND回路198がハイを出力する。逆回転していれば、AND回路197がハイを出力する。正回転でも逆回転でも、回転体10aが回転していれば、OR回路199が端子Rにハイを出力する。OR回路199の出力端子Rの電圧がハイであれば回転体10aが回転しており、OR回路199の出力端子Rの電圧がローであれば回転体10aが回転していないことがわかる。
The logical operation circuit of FIG. 19A shows a circuit for determining whether the
図20は、第3実施例のセンサ電圧処理回路が実施する処理手順を示している。図7に示した第1実施例の処理手順の同じ処理については同じステップ番号を使用し、重複説明を省略する。
第3実施例の回路でも、増幅後電圧Vmが回路の動作電圧範囲の中間帯内にある値(実施例ではVcc/2)となるオフセット電圧に調整する。また増幅回路120の増幅率を最大値にセットして増幅率の調整処理を開始する。
FIG. 20 shows a processing procedure performed by the sensor voltage processing circuit of the third embodiment. The same step number is used for the same processing in the processing procedure of the first embodiment shown in FIG.
Also in the circuit of the third embodiment, the post-amplification voltage Vm is adjusted to an offset voltage having a value (Vcc / 2 in the embodiment) within the intermediate band of the circuit operating voltage range. Also, the amplification factor of the
ステップS22bでは、増幅後のセンサ電圧Vmが直前のピークホールド電圧Vp又はボトムホールド電圧Vbから、増幅率×ΔV1以上変化するのを待つ。ここで、下限値は、図16のVT1に対応する値であり、回転体10aが回転していれば必ずそれ以上の電圧変化が観測される値である。最初の増幅率を最大値に設定しているので、回転体10aが回転すれば、ステップS22bを繰り返して実行しているうちにステップS22bはイエスとなる、ただし、図16のマップから明らかに、ステップS22bはイエスとなっても回転しているとは限られない。振動していても大きな振幅となることがあるからである。
In step S22b, the process waits for the amplified sensor voltage Vm to change from the previous peak hold voltage Vp or bottom hold voltage Vb by more than amplification factor × ΔV1. Here, the lower limit value is a value corresponding to VT1 in FIG. 16, and is a value at which a further voltage change is observed whenever the
そこで、ステップS24bで回転と振動の別を判定する。ここでは、図19で説明した方式によって回転体10aの運動状態を判定する。具体的には、OR回路199の出力を判定する。
回転体10aの回転運動が検出されず、OR回路199の出力がローのうちは、ステップS26b以降の増幅率の低減処理を実行する。あわせて極値保存回路が保存しているピークホールド電圧Vpとボトムホールド電圧Vbも修正する。以上は、第1実施例で説明したゲイン調整処理と同じであり、重複説明を省略する。ステップS24bで回転運動が検出されるまでの間は、ステップS26b以降の増幅率の低減処理を繰り返し実行し、ステップS24bで回転運動が検出されたらステップS26b以降の増幅率の低減処理を実行しない。それによって、回転時のセンサ出力が適切な振幅となる増幅率に調整される。
Therefore, the distinction between rotation and vibration is determined in step S24b. Here, the motion state of the
When the rotational motion of the
本実施例では、図16のマップに基づく判定をする際に、増幅率が過大または適値になっており、回転している場合には必ずVT1以上の電圧が得られる。また本実施例では、位相差に基づいて回転と振動を確実に判別できる増幅後電圧(図20のステップS22bで利用する最大増幅率とΔV1の積以上の電圧)が得られる状態で、回転と振動の判別を行う。誤って振動運動を回転運動と検出し、増幅率が過大なうちに増幅率を低減させていく処理を途中で停止してしまうことがない。 In this embodiment, when the determination based on the map of FIG. 16 is performed, the amplification factor is excessive or an appropriate value, and a voltage of VT1 or higher is always obtained when the engine is rotating. Further, in this embodiment, the rotation and vibration can be obtained in a state where a post-amplification voltage (a voltage equal to or higher than the product of the maximum amplification factor and ΔV1 used in step S22b in FIG. 20) can be obtained based on the phase difference. Determine the vibration. The process of erroneously detecting a vibration motion as a rotational motion and reducing the amplification factor while the amplification factor is excessive is not stopped halfway.
D.変形例:
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。たとえば以下のような変形例も実施可能である。上記実施例では、極大値Vpと極小値Vbの中間値を増幅後電圧Vmと比較して2値化する。それに代えて、極大値Vpと極小値Vbの中間値が所定値となるように増幅後電圧Vmを増減調整し、増減調整後の増幅後電圧Vmを所定値と比較して2値化するようにしてもよい。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
D. Variations:
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. For example, the following modifications are also possible. In the above embodiment, the intermediate value between the maximum value Vp and the minimum value Vb is compared with the amplified voltage Vm and binarized. Instead, the amplified voltage Vm is adjusted to increase or decrease so that the intermediate value between the maximum value Vp and the minimum value Vb becomes a predetermined value, and the amplified voltage Vm after the increase / decrease adjustment is compared with the predetermined value to be binarized. It may be. In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
10、10a…回転体
10R、15R、25R、50Ra…抵抗
50Rs…温度補償用帰還抵抗
11、11a、11b…センサ
100、200、400…センサ電圧処理回路
100a、100b…センサ電圧処理部
120…増幅回路
121、122…オペアンプ
130…オフセット電圧調整回路
140…増幅率調整回路
160…極値保存回路
160b…ボトムホールド回路
160p…ピークホールド回路
161、161a…コンパレータ
164、164a…カウンタ
170、170a、…2値化処理部
171d…第2ヒステリシスコンパレータ
171u…第1ヒステリシスコンパレータ
172d、172u…スイッチ
173d、173u…コンパレータ
174d、174u…インバータ
175、176…フリップフロップ回路
180…回転方向判定回路
190…三値信号出力回路
200…2値化回路
300…回転・振動判定部
400…調整回路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
オフセット電圧を基準にしてセンサ電圧を増幅した電圧を出力するともに、オフセット電圧と増幅率が調整可能な増幅回路と、
その増幅回路の出力電圧の極大値と極小値を保存する極値保存回路と、
その極値保存回路が保存している極大値と極小値に基づいて前記増幅回路の出力電圧を2値化する2値化回路と、
前記増幅回路の出力電圧と前記極値保存回路が保存している極大値または極小値に基づいて前記増幅回路に対して前記オフセット電圧の調整信号と前記増幅率の調整信号を出力するとともに、前記極値保存回路に対してその極値保存回路が保存している極値を補正する信号を出力する調整回路を備えており、
前記調整回路が、
初期化処理時に、
(1)前記増幅率を最大値とする調整信号を出力し、
(2)前記増幅回路の出力電圧が動作電圧範囲の中間帯に入るような前記オフセット電圧に調整する調整信号を出力し、
(3)前記極値保存回路が保存している極大値と極小値を前記中間帯内の電圧に等しくする信号を出力し、
その後に、
(4)前記増幅回路の出力電圧が前記極値保存回路に保存されている極大値または極小値から所定幅を超えて変化した時に、前記増幅率を低減させる調整信号を出力するとともに、前記極値保存回路が保存している極値を補正する信号を出力し、
(5)前記増幅回路の出力電圧が回転体の回転運動に固有な変化パターンを示すまで前記(4)の処理を繰り返すことを特徴とするセンサ電圧の処理回路。 It is a circuit that processes sensor voltage that periodically changes following the rotation of the rotating body,
While outputting the voltage which amplified the sensor voltage on the basis of offset voltage, the amplifier circuit which can adjust offset voltage and an amplification factor,
An extreme value storage circuit for storing the maximum value and the minimum value of the output voltage of the amplifier circuit;
A binarization circuit that binarizes the output voltage of the amplifier circuit based on the maximum value and the minimum value stored in the extreme value storage circuit;
The offset voltage adjustment signal and the amplification factor adjustment signal are output to the amplification circuit based on the output voltage of the amplification circuit and the maximum value or the minimum value stored in the extreme value storage circuit, and It has an adjustment circuit that outputs a signal that corrects the extreme value stored in the extreme value storage circuit for the extreme value storage circuit,
The adjustment circuit is
During the initialization process,
(1) Output an adjustment signal that maximizes the amplification factor,
(2) outputting an adjustment signal for adjusting the offset voltage such that the output voltage of the amplifier circuit falls within an intermediate band of the operating voltage range;
(3) outputting a signal for making the maximum value and the minimum value stored in the extreme value storage circuit equal to the voltage in the intermediate band;
Then
(4) When the output voltage of the amplifier circuit changes from a maximum value or a minimum value stored in the extreme value storage circuit beyond a predetermined width, an adjustment signal for reducing the amplification factor is output, and Output a signal to correct the extreme value stored in the value storage circuit,
(5) The sensor voltage processing circuit, wherein the processing of (4) is repeated until the output voltage of the amplifier circuit shows a change pattern unique to the rotational motion of the rotating body.
新極大値=(旧極大値―オフセット電圧)×(新増幅率/旧増幅率)+オフセット電圧
新極小値=(旧極小値―オフセット電圧)×(新増幅率/旧増幅率)+オフセット電圧
で算出される新極大値と新極小値に補正することを特徴とする請求項1に記載の処理回路。 When the adjustment circuit performs the processing of (4), the old maximum value and the old minimum value stored in the extreme value storage circuit are expressed by the following formula:
New maximum value = (old maximum value−offset voltage) × (new gain / old gain) + offset voltage New minimum value = (old minimum value−offset voltage) × (new gain / old gain) + offset voltage The processing circuit according to claim 1, wherein the processing circuit corrects the new maximum value and the new minimum value calculated in step 1.
第1センサ電圧を処理する前記増幅回路と前記極値保存回路と前記2値化回路と前記調整回路と、
第2センサ電圧を処理する前記増幅回路と前記極値保存回路と前記2値化回路と前記調整回路を備えており、
第1センサ電圧を処理する前記2値化回路の処理結果と第2センサ電圧を処理する前記2値化回路の処理結果の位相差が所定範囲になるまで前記(4)の処理を繰り返すことを特徴とする請求項1から4のいずれかの1項に記載の処理回路。 A processing circuit used by connecting to a first sensor and a second sensor having different positional relationships with respect to the rotating body;
The amplifier circuit for processing the first sensor voltage, the extreme value storage circuit, the binarization circuit, and the adjustment circuit;
The amplifier circuit for processing a second sensor voltage, the extreme value storage circuit, the binarization circuit, and the adjustment circuit,
The process (4) is repeated until the phase difference between the processing result of the binarization circuit that processes the first sensor voltage and the processing result of the binarization circuit that processes the second sensor voltage falls within a predetermined range. The processing circuit according to claim 1, wherein the processing circuit is characterized in that:
そのプリ増幅回路の帰還抵抗の抵抗値が温度によって変化することを特徴とする請求項1から8のいずれかの1項に記載の処理回路。 A preamplifier circuit is inserted between the sensor and the amplifier circuit;
9. The processing circuit according to claim 1, wherein the resistance value of the feedback resistor of the preamplifier circuit changes with temperature.
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