JP2016010034A - Angle detection device and angle detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、角度検出装置及び角度検出方法に関し、特に、入力された信号の位相角を求めるための角度検出装置及び角度検出方法に関する。 The present invention relates to an angle detection device and an angle detection method, and more particularly to an angle detection device and an angle detection method for obtaining a phase angle of an input signal.
直交変調方式を用いたディジタル通信において、復調後のベースバンド信号には、送受信機間の搬送波の周波数差及び位相差の補償や、ドップラーシフトによる搬送波の周波数偏差の補償などの、位相補償処理が施される。ベースバンド信号の振幅が直交形式x+jy(jは複素単位)で表現される場合に、ベースバンド信号の位相角を直交形式から直接求める演算は複雑である。このため、直交形式の信号を直接処理して位相補償を行う回路を受信機に実装することは難しい。 In digital communication using the quadrature modulation method, the baseband signal after demodulation is subjected to phase compensation processing such as compensation of carrier frequency difference and phase difference between transmitters and receivers, and compensation of carrier frequency deviation by Doppler shift. Applied. When the amplitude of the baseband signal is expressed in the orthogonal format x + ji (j is a complex unit), the calculation for directly obtaining the phase angle of the baseband signal from the orthogonal format is complicated. For this reason, it is difficult to mount a circuit that performs phase compensation by directly processing an orthogonal signal in a receiver.
このような困難を軽減するために、信号の表現を直交形式から位相形式に変換し、位相形式で表現された信号から、逆三角関数を用いて位相角を求める技術が知られている。位相角を求めるための逆三角関数の演算には、アークサイン(逆正弦)、アークコサイン(逆余弦)、アークタンジェント(逆正接)がある。 In order to alleviate such difficulties, a technique is known in which the representation of a signal is converted from an orthogonal format to a phase format, and a phase angle is obtained from the signal expressed in the phase format using an inverse trigonometric function. Inverse trigonometric functions for obtaining the phase angle include arc sine (inverse sine), arc cosine (inverse cosine), and arc tangent (inverse tangent).
本発明に関連して、特許文献1には、アークサインの演算により位相補正を行う位相弁別器が記載されている。図9は、特許文献1に記載された、本発明に関連する位相弁別器の構成を示すブロック図である。入力端子480から入力された入力信号はA/D(アナログ−ディジタル変換器)450でディジタル信号に変換され、90度移相器460によって、正弦(sine)成分の信号に加えて余弦(cosine)成分の信号が生成される。正弦成分の信号と余弦成分の信号とは、レベル検出器400及び乗算器401、402によって振幅が正規化される。正規化された2つの振幅は比較回路(MIN)410で比較され、正弦成分と余弦成分との小さい方の信号の値及びROM430が保持するテーブルに基づいて、90度補正器440及び微分器470によって位相角が算出される。算出された位相角は出力端子490から出力される。
In relation to the present invention,
図9に記載された位相弁別器では、比較回路410において、入力された信号の正弦値(sineの値)と余弦値(cosineの値)とが比較される。比較回路410は、比較の度に値が異なる、入力された信号の正弦成分と余弦成分とを比較する必要がある。
In the phase discriminator described in FIG. 9, the
一方、比較回路410をディジタル回路のハードウェアで構成する場合には、比較される数値(信号の振幅)の組合せを網羅するルックアップテーブル(look-up table, LUT)が必要となる。しかし、変動する2つの変数を比較するためには規模の大きいルックアップテーブルが必要となる。このため、正弦値と余弦値とを比較する構成には、比較回路の構成が複雑となるとともに、回路の複雑化により、比較回路の動作周波数の向上も難しいという課題がある。
On the other hand, when the
(発明の目的)
本発明の目的は、回路規模が小さく、高速な動作が可能な角度検出装置を提供することにある。
(Object of invention)
An object of the present invention is to provide an angle detection device that has a small circuit scale and can operate at high speed.
本発明の角度検出装置は、入力されたベースバンド信号の位相角θに対応する正弦値(sinθ)と余弦値(cosθ)とを求める変換手段と、前記正弦値の絶対値と所定の固定値との大きさの比較結果を出力する比較手段と、入力された値に対する逆正弦値θ(in)を出力するROM(read only memory)と、前記正弦値の絶対値、前記正弦値の符号及び前記余弦値の符号を出力し、さらに、前記比較結果に基づいて、前記正弦値の絶対値及び前記余弦値の絶対値のうち、大きくない方の値を前記ROMに出力するマルチプレクサと、前記正弦値の絶対値、前記正弦値の符号及び前記余弦値の符号に基づいて、前記ROMから入力された前記逆正弦値θ(in)を、−π≦θ(out)≦πの範囲にある位相角θ(out)に変換して出力するデータ処理手段と、を備える。 The angle detection device of the present invention includes a conversion means for obtaining a sine value (sinθ) and a cosine value (cosθ) corresponding to the phase angle θ of an input baseband signal, an absolute value of the sine value, and a predetermined fixed value. A comparison means for outputting a comparison result of the magnitude of the signal, a ROM (read only memory) for outputting an inverse sine value θ (in) for the input value, an absolute value of the sine value, a sign of the sine value A multiplexer that outputs a sign of the cosine value, and further outputs, based on the comparison result, an absolute value of the sine value and an absolute value of the cosine value that is not larger to the ROM; and the sine Based on the absolute value of the value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value, the inverse sine value θ (in) input from the ROM is a phase in a range of −π ≦ θ (out) ≦ π. Data processing means for converting to an angle θ (out) and outputting.
本発明の角度検出方法は、入力されるベースバンド信号の位相角θに対応する正弦値(sinθ)と余弦値(cosθ)とを求め、前記正弦値の絶対値と所定の固定値との大きさの比較結果を出力し、前記比較結果に基づいて、前記正弦値の絶対値と前記余弦値の絶対値のうち、大きくない方を選択し、前記選択された、前記正弦値の絶対値又は前記余弦値の絶対値に対応する逆正弦値θ(in)を求め、前記正弦値の絶対値、前記正弦値の符号及び前記余弦値の符号に基づいて、前記逆正弦値θ(in)を−π≦θ(out)≦πの範囲の位相角θ(out)に変換して出力する、ことを特徴とする。 The angle detection method of the present invention obtains a sine value (sinθ) and a cosine value (cosθ) corresponding to the phase angle θ of an input baseband signal, and calculates the magnitude of the absolute value of the sine value and a predetermined fixed value. The comparison result is output, and based on the comparison result, the lesser of the absolute value of the sine value and the absolute value of the cosine value is selected, and the selected absolute value of the sine value or The inverse sine value θ (in) corresponding to the absolute value of the cosine value is obtained, and the inverse sine value θ (in) is calculated based on the absolute value of the sine value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value. The phase angle θ (out) in the range of −π ≦ θ (out) ≦ π is converted and output.
本発明の角度検出装置は、回路規模が小さく、高速な動作が可能であるという効果を奏する。 The angle detection device of the present invention has an effect that the circuit scale is small and high-speed operation is possible.
(実施形態の概要)
図7は、ある角度θ(0≦θ≦π/2)に対するsinθとcosθの関係を示す図である。cosθ=sinθである場合、θ=π/4(rad)であり、cosθの値は2の平方根の1/2(≒0.707)である。図7及び本明細書の実施形態では、cosθ=sinθである場合のcosθの値を0.707と記載する。
(Outline of the embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between sin θ and cos θ for a certain angle θ (0 ≦ θ ≦ π / 2). When cos θ = sin θ, θ = π / 4 (rad), and the value of cos θ is 1/2 of the square root of 2 (≈0.707). In FIG. 7 and the embodiment of the present specification, the value of cosθ when cosθ = sinθ is described as 0.707.
図7を参照すると、0≦sinθ<0.707の範囲ではcosθ>sinθであり、0.707<sinθ≦1の範囲ではcosθ<sinθである。よって、角度θにおけるsinθとcosθとの比較に代えて、sinθと固定値とを比較することで、sinθとcosθとの大小関係を比較できる。 Referring to FIG. 7, cos θ> sin θ is satisfied in the range of 0 ≦ sin θ <0.707, and cos θ <sin θ is satisfied in the range of 0.707 <sin θ ≦ 1. Therefore, the magnitude relationship between sin θ and cos θ can be compared by comparing sin θ and a fixed value instead of comparing sin θ and cos θ at the angle θ.
第1の実施形態では、sinθ=cosθとなるcosθの値(0.707)とsinθの絶対値とを比較する構成を備えた、角度検出装置の構成について説明する。 In the first embodiment, a configuration of an angle detection device including a configuration for comparing the value of cos θ (0.707) where sin θ = cos θ and the absolute value of sin θ will be described.
第2の実施形態では、sinθの値を固定小数点表現の上位3ビットとし、sinθと0.75との大小関係を評価する構成を備えた角度検出装置について記載する。第2の実施形態では、sinθが0.75以上である場合には必ずcosθ<sinθであることが利用される。第2の実施形態では、sinθの値を示すデータの0.5を示すビットと0.25を示すビットとの論理演算が行われ、論理演算結果に基づいてsinθとcosθとの大小関係が判断される。 In the second embodiment, an angle detection device having a configuration in which the value of sin θ is the upper 3 bits of fixed-point representation and the magnitude relationship between sin θ and 0.75 is evaluated will be described. In the second embodiment, it is always used that cos θ <sin θ when sin θ is 0.75 or more. In the second embodiment, a logical operation is performed on a bit indicating 0.5 and a bit indicating 0.25 in the data indicating the value of sin θ, and the magnitude relationship between sin θ and cos θ is determined based on the logical operation result.
第3の実施形態では、第1の実施形態の角度検出装置と同様の効果を奏する角度検出装置について説明する。 In the third embodiment, an angle detection device having the same effect as the angle detection device of the first embodiment will be described.
(第1の実施形態)
(構成の説明)
本発明の第1の実施形態の角度検出装置は、例えば、デジタルベースバンド処理における周波数オフセット検出回路に適用される。図1は、本発明の第1の実施形態の角度検出装置10の構成を示すブロック図である。角度検出装置10は、変換部100、比較部110、マルチプレクサ120、ROM(read only memory)130、データ処理部140を備える。
(First embodiment)
(Description of configuration)
The angle detection apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied to, for example, a frequency offset detection circuit in digital baseband processing. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an
変換部100は、入力された信号のパワーを計算するパワー計算部101と、計算されたパワーに基づいてノルムの逆数を計算するノルム計算部102と、三角関数の計算を行う三角関数計算部103を含む。
The
変換部100は、I(inphase)成分とQ(quadrature)成分に分離された、直交形式x+jyで表現されたベースバンド信号から、位相形式の表現における正弦波成分(sinθ、以下、「正弦値」という。)と余弦波成分(cosθ、以下、「余弦値」という。)を算出し、ディジタル信号として出力する。xはI成分の振幅であり、yはQ成分の振幅である。θは、入力されるベースバンド信号の位相角(−π≦θ≦π)である。
The
比較部110は、変換部100で算出された正弦値の絶対値と固定値とを比較する。固定値は、比較部110の内部に、外部から書き換え可能な形態で記憶されていてもよい。正弦値の絶対値と固定値とを比較するように構成されることで、比較部110は、正弦値と余弦値とを比較するための構成と比較して、回路及びルックアップテーブルの規模を小さくすることができる。
The
マルチプレクサ120は、比較部110の比較結果に基づいて、正弦値の絶対値及び余弦値の絶対値との一方を選択し、選択された値をROM130に入力する。また、マルチプレクサ120は、正弦値及び余弦値の符号並びに正弦値の絶対値をデータ処理部140に出力する。
The
ROM130は、アークサイン値(角度)の範囲が0以上π/4以下の範囲のアークサイン(逆正弦関数)のルックアップテーブルを格納する。アークサイン値を求めるためにルックアップテーブルに入力される値の範囲は、0以上固定値以下である。ROM130の機能には、マルチプレクサ120から入力された正弦値又は余弦値に対応するアークサイン値をルックアップテーブルによって求め、求められたアークサイン値をθ(in)としてデータ処理部140へ出力する機能が含まれる。ROM130から出力される角度θ(in)の範囲は、0≦θ(in)≦π/4である。これに対して、ベースバンド信号の実際の位相角θ(out)の範囲は−π≦θ(out)≦πである。このため、データ処理部140においてθ(in)がθ(out)に変換される。
The
データ処理部140は、マルチプレクサ120から入力された正弦値及び余弦値に基づいて、ROM130から入力された角度θ(in)からθ(out)(−π≦θ(out)≦π)を求める。データ処理部140から出力されるθ(out)が、入力されたベースバンド信号の位相角である。
The
まず、変換部100のパワー計算部101は、直交形式x+jyで表現されるベースバンド信号のパワーである、
First, the
を計算する。 Calculate
ノルム計算部102は、パワー計算部101にて求めたパワー(pow)の平方根(ノルム、norm)を計算し、さらに、その逆数である、
The
を計算する。 Calculate
三角関数計算部103は、ノルム計算部102で計算したノルムの逆数とベースバンド信号とを乗算して以下の正弦値(sinθ)と余弦値(cosθ)とを計算する。
The trigonometric
変換部100は、これらの計算により、直交形式で表現されたベースバンド信号から、正弦値sinθと余弦値cosθとを求めることができる。
The
データ処理部140は、判定部141と変換部142とを備える。判定部141は、正弦値の符号、余弦値の符号、及び、比較部110の比較結果に基づいて、ベースバンド信号の位相角θ(out)が存在する領域を判定する。具体的には、判定部141は、ROM130が出力する角度θ(in)が、後述する(1)式乃至(8)式のいずれの角度範囲に対応するかを判定する。変換部142は、判定部141の判定結果に基づいて、判定部141の判定結果に対応した(1)式乃至(8)式のいずれかの演算を入力された角度θ(in)に対して行い、その結果を位相角θ(out)として出力する。
The
データ処理部140は、これらの処理を実行することで、ROM130が備えるアークサインのルックアップテーブルによって求められた角度θ(in)(0≦θ(in)≦π/4)を、−π〜πの範囲に対応した位相角θ(out)に変換する。
By executing these processes, the
(動作の説明)
図1及び図2を参照して第1の実施形態の角度検出装置10の動作について詳細に説明する。図2は、第1の実施形態の角度検出装置10の動作手順の一例を示すフローチャートである。
(Description of operation)
With reference to FIG.1 and FIG.2, operation | movement of the
まず、パワー計算部101によって、ベースバンド信号のパワー(pow)が算出される(図2のステップS101)。次に、ノルム計算部102によって、パワーの平方根であるノルム(Norm)が算出され、さらに、ノルムの逆数が算出される(S102)。そして、三角関数計算部103によって、ノルムの逆数とベースバンド信号のy成分とx成分とがそれぞれ乗算されて、正弦値sinθ(SIN)と余弦値cosθ(COS)とが求められる(S103)。
First, the
ステップS103で算出された正弦値は、比較部110において、その絶対値(|SIN|)が固定値0.707と比較される(S104)。正弦値と余弦値とは、0.707を境として大小関係が逆転する。このため、マルチプレクサ120は、正弦値の絶対値が0.707未満の場合は、正弦値の絶対値(|SIN|)をROM130に入力する(S104:NO〜S106)。あるいは、正弦値の絶対値が0.707以上の場合は、マルチプレクサ120は、余弦値の絶対値(|COS|)をROM130に入力する(S104:YES〜S105)。いいかえれば、正弦値の絶対値及び余弦値の絶対値のうち、大きくない方の値が、ROM130に入力される。その結果、ROM130には固定値以下の値が入力される。
The absolute value (| SIN |) of the sine value calculated in step S103 is compared with the fixed value 0.707 in the comparison unit 110 (S104). The magnitude relationship between the sine value and the cosine value is reversed at 0.707. Therefore, when the absolute value of the sine value is less than 0.707, the
ROM130には、マルチプレクサ120で選択された、正弦値の絶対値又は余弦値の絶対値が入力される。図2のROM(in)は、ROM130に入力される値を示す。ROM130は、入力されたROM(in)の値で逆正弦関数のルックアップテーブルを表引きして角度θ(in)(0≦θ(in)≦π/4)を求める(S107)。
The
データ処理部140は、ROM部130から出力された角度θ(in)に対して(1)式乃至(8)式に従った変換を行い、ベースバンド信号の実際の位相角θ(out)を出力する(S108−S123)。
The
判定部141は、マルチプレクサ120から入力された正弦値の絶対値並びに正弦値及び余弦値の符号により、ROM130から入力された角度θ(in)を実際の位相角θ(out)が存在する領域(−π≦θ(out)≦π)を求める。変換部142は、角度θ(in)を、判定部141において求められた領域の角度に変換して、位相角θ(out)として出力する。
The
以下の(1)式乃至(8)式は、角度θ(in)を位相角θ(out)に変換する式を示す。(1)式乃至(8)式の括弧内は、それぞれの式が適用される、正弦値の絶対値の範囲並びに正弦値及び余弦値の符号を示す。また、(1)式乃至(8)式には、対応する図2のステップ(S111、S113、S115−S116、S119−S120、S122−S123)を示す。
θ(out)=θ(in):(|sinθ|<0.707, sinθ≧0, cosθ≧0), S119・・・(1)
θ(out)=- θ(in):(|sinθ|<0.707, sinθ<0, cosθ≧0), S122・・・(2)
θ(out)=π - θ(in):(|sinθ|<0.707, sinθ≧0, cosθ<0), S120・・・(3)
θ(out)=-π + θ(in):(|sinθ|<0.707, sinθ<0, cosθ<0), S123・・・(4)
θ(out)=π/2 - θ(in):(|sinθ|≧0.707, sinθ≧0, cosθ≧0), S111・・・(5)
θ(out)=-π/2 + θ(in):(|sinθ|≧0.707, sinθ<0, cosθ≧0), S115・・・(6)
θ(out)=π/2 + θ(in):(|sinθ|≧0.707, sinθ≧0, cosθ<0), S113・・・(7)
θ(out)=-π/2 - θ(in):(|sinθ|≧0.707, sinθ<0, cosθ<0), S116・・・(8)
(1)式乃至(8)式により、角度検出装置10に入力されたベースバンド信号の位相角θ(out)が、−π≦θ(out)≦πの範囲の値として求められる(S112)。
The following equations (1) to (8) represent equations for converting the angle θ (in) into the phase angle θ (out). The parentheses in the expressions (1) to (8) indicate the range of the absolute value of the sine value and the sign of the sine value and the cosine value to which each expression is applied. Further, the equations (1) to (8) show the corresponding steps (S111, S113, S115-S116, S119-S120, S122-S123) in FIG.
θ (out) = θ (in): (| sinθ | <0.707, sinθ ≧ 0, cosθ ≧ 0), S119 (1)
θ (out) =-θ (in): (| sinθ | <0.707, sinθ <0, cosθ ≧ 0), S122 (2)
θ (out) = π−θ (in): (| sinθ | <0.707, sinθ ≧ 0, cosθ <0), S120 (3)
θ (out) =-π + θ (in): (| sinθ | <0.707, sinθ <0, cosθ <0), S123 (4)
θ (out) = π / 2−θ (in): (| sinθ | ≧ 0.707, sinθ ≧ 0, cosθ ≧ 0), S111 (5)
θ (out) = − π / 2 + θ (in): (| sinθ | ≧ 0.707, sinθ <0, cosθ ≧ 0), S115 (6)
θ (out) = π / 2 + θ (in): (| sinθ | ≧ 0.707, sinθ ≧ 0, cosθ <0), S113 (7)
θ (out) = − π / 2−θ (in): (| sinθ | ≧ 0.707, sinθ <0, cosθ <0), S116 (8)
From the equations (1) to (8), the phase angle θ (out) of the baseband signal input to the
以上説明したように、第1の実施形態の角度検出装置10は、正弦値と余弦値との比較に代えて、正弦値の絶対値と固定値を比較する。そして、角度検出装置10は、正弦値と固定値との比較結果に基づいて、(1)式乃至(8)式のいずれかにより、ベースバンド信号の位相角を求めている。
As described above, the
(効果の説明)
このような構成を備える第1の実施形態の角度検出装置10は、正弦値と余弦値とを比較する構成と比較して、比較対象の一方を固定値として比較できるため、角度検出装置の規模を小さくかつ単純な構成とすることができる。その結果、第1の実施形態の角度検出装置10は、回路の規模削減及び高速化が容易であるという効果を奏する。
(Explanation of effect)
Since the
(第2の実施の形態)
(構成の説明)
次に、本発明の第2の実施形態の角度検出装置について図3乃至図6を参照して詳細に説明する。図3に示した本発明の角度検出装置20は、変換部200、AND部210、マルチプレクサ220、ROM230及びデータ処理部240を備える。
(Second Embodiment)
(Description of configuration)
Next, an angle detection apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The
変換部200は、直交形式x+jyで表現されるベースバンド信号から正弦値及び余弦値を計算して、ディジタルデータとして出力する。正弦値及び余弦値の算出手順は、第1の実施形態の変換部100と同様である。
The
AND部210は、変換部200から出力された正弦値から3ビットを取り出してAND演算を行う。AND部210の構成及び動作は後述する。
The AND
マルチプレクサ220は、変換部200から入力された正弦値及び余弦値について、その絶対値の一方を選択し、選択された値をROM230に出力するとともに、正弦値及び余弦値の符号並びに正弦値の絶対値をデータ処理部240に出力する。
The
ROM230は、入力される値が0以上0.75未満の範囲に対応したアークサイン(逆正弦関数)のルックアップテーブルを格納する。ROM230は、マルチプレクサ220から入力された値に対応するアークサイン値(角度)をθ(in)として出力する。すなわち、0以上0.75未満の値の入力に対して、ROM230から出力されるθ(in)の範囲は、0≦θ(in)≦Arcsin(0.75)(rad)である。ここで、Arcsin(0.75)≒0.848(rad)である。また、ROM230の機能には、マルチプレクサ220から入力された正弦値又は余弦値に対応するアークサイン値をルックアップテーブルによって求め、求められたアークサイン値をθ(in)としてデータ処理部240へ出力する機能が含まれる。
The
データ処理部240は、ベースバンド信号の実際の位相角が存在する領域を判定する判定部241と、角度を変換する変換部242を備える。判定部241は、マルチプレクサ220から入力された正弦値及び余弦値の符号並びに正弦値の絶対値に基づいて、ROM230から入力された角度θ(in)が、後述する(9)式乃至(16)式に記載されたいずれの領域に属するかを判定する。変換部242は、(9)式乃至(16)式に従って、判定部241の判定結果に対応した演算を入力された角度θ(in)に対して行い、その結果を位相角θ(out)として出力する。
The
データ処理部240は、これらの手順を順次実行することで、ROM230から入力された角度θ(in)をθ(out)(−π≦θ(out)≦π)に変換する。データ処理部240から出力されるθ(out)が、入力されたベースバンド信号の位相角である。
The
図4は、AND部210の構成を示す図である。AND部210は、XOR(exclusive OR)ゲート300、310及びANDゲート320を備える。XORゲート300は、固定小数点で表現された正弦値の符号を示すビット(符号ビット)と正弦値の0.5を示すビットとの排他的論理和を出力して、ANDゲート320の一方の入力に入力する。XORゲート310は、上述の符号ビットと正弦値の0.25を示すビットとの排他的論理和を出力して、ANDゲート320の他方の入力に入力する。ANDゲート320は、XORゲート300、310の出力の論理積を、比較結果としてマルチプレクサ220へ出力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the AND
図5は、AND部210の真理値表である。本実施形態においては、正弦値は2の補数形式で表現される。図4及び図5において、「符号ビット」は、正弦値が非負の場合「0」であり、正弦値が負の場合に「1」となる。「0.5を示すビット」は、正弦値sinθがsinθ≧0.5または- 0.5≦sinθ<0の場合に1、それ以外の場合に0となる。「0.25を示すビット」は、正弦値sinθが0.25≦sinθ<0.5、0.75≦sinθ<1、- 0.25<sinθ<0または- 0.75<sinθ≦- 0.5の場合に1、それ以外の場合に0となる。
FIG. 5 is a truth table of the AND
AND部210の出力が偽(「0」)である場合、マルチプレクサ220は、正弦値が余弦値より小さいとみなして、正弦値の絶対値をROM230に出力する。AND部210の出力が真(「1」)である場合、マルチプレクサ220は、正弦値が余弦値よりも大きいとみなして、余弦値の絶対値をROM230に出力する。
When the output of the AND
このように、第1の実施形態においては0.707であった固定値が、第2の実施形態では0.75となる。 Thus, the fixed value that was 0.707 in the first embodiment is 0.75 in the second embodiment.
(動作の説明)
次に、第2の実施形態の角度検出装置20の動作について詳細に説明する。図6は、第2の実施形態の角度検出装置の動作手順を示すフローチャートである。
(Description of operation)
Next, the operation of the
まず、変換部200は第1の実施の形態の変換部100と同様の処理により、入力された信号の正弦値及び余弦値を求める(S201〜S203)。次に、AND部210は、図4及び図5で説明した手順により、2進数の固定小数点で表現された正弦値sinθ(SIN)の符号ビット、正弦値の0.5を示すビット及び正弦値の0.25を示すビット(上位3ビット)を評価する(S204)。
First, the
AND部210の出力が偽(「0」)である場合、正弦値の上位3ビットは「100」及び「011」以外である。この場合、マルチプレクサ220は、正弦値の絶対値(|SIN|)をROM230に出力する(S205)。AND部210の出力が真(「1」)である場合、正弦値の上位3ビットは「100」又は「011」である。この場合、マルチプレクサ220は、余弦値(|COS|)の絶対値をROM230に出力する(S206)。
When the output of the AND
ROM230は、マルチプレクサ220から入力された値を用いて逆正弦関数のルックアップテーブルを表引きして角度θ(in)に変換する(S207)。ここで、0≦θ(in)≦0.848(rad)である。
The
図8は、第2の実施形態における正弦値sinθと余弦値cosθとの関係を示すグラフである。第2の実施形態では、正弦値の絶対値(|SIN|)が0.707以上0.75未満では正弦値が選択される(ステップS206)。この場合、図8に示されるように、第1の実施形態とは異なり、正弦値の絶対値は0.707を超えている。しかし、第2の実施形態のROM230が備えるルックアップテーブルの入力範囲は、0以上0.75以下である。このため、正弦値が選択された場合(S206)でも、入力された正弦値の絶対値に対するアークサインの値をθ(in)(0≦θ(in)≦0.848(rad))として出力できる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the sine value sinθ and the cosine value cosθ in the second embodiment. In the second embodiment, when the absolute value (| SIN |) of the sine value is 0.707 or more and less than 0.75, the sine value is selected (step S206). In this case, as shown in FIG. 8, unlike the first embodiment, the absolute value of the sine value exceeds 0.707. However, the input range of the lookup table provided in the
なお、ROM230は、第1の実施形態のROM130のルックアップテーブルと同様の、入力範囲が、0以上0.707以下であるルックアップテーブルを備えてもよい。第1の実施形態と同様のルックアップテーブルが用いられ、かつ、選択された正弦値の絶対値が0.707以上0.75未満である場合には、ROM230は、ルックアップテーブルによらず、所定の角度(例えば、π/4)をθ(in)として出力してもよい。
Note that the
データ処理部240は、ROM230から出力された角度θ(in)、正弦値の絶対値、並びに、正弦値及び余弦値の符号に基づいて、以下の(9)式乃至(16)式に従って位相角θ(out)を求めて出力する(S208〜S223)。
Based on the angle θ (in) output from the
以下の(9)式乃至(16)式は、角度θ(in)を位相角θ(out)に変換する式を示す。(9)式乃至(16)式の括弧内は、それぞれの式が適用される、正弦値の絶対値の範囲並びに正弦値及び余弦値の符号を示す。また、(9)式乃至(16)式には、対応する図6のステップ(S211、S213、S215−S216、S219−S220、S222−S223)を示す。
θ(out)=θ(in):(|sinθ|<0.75, sinθ≧0, cosθ≧0), S219・・・(9)
θ(out)=-θ(in):(|sinθ|<0.75, sinθ<0, cosθ≧0), S222・・・(10)
θ(out)=π - θ(in):(|sinθ|<0.75, sinθ≧0, cosθ<0), S220・・・(11)
θ(out)=-π + θ(in):(|sinθ|<0.75, sinθ<0, cosθ<0), S223・・・(12)
θ(out)=π/2 - θ(in):(|sinθ|≧0.75, sinθ≧0, cosθ≧0), S211・・・(13)
θ(out)=-π/2 + θ(in):(|sinθ|≧0.75, sinθ<0, cosθ≧0), S215・・・(14)
θ(out)=π/2 + θ(in):(|sinθ|≧0.75, sinθ≧0, cosθ<0), S213・・・(15)
θ(out)=-π/2 - θ(in):(|sinθ|≧0.75, sinθ<0, cosθ<0), S216・・・(16)
(効果の説明)
以上説明したように、ベースバンド信号の位相角を求める第2の実施形態の角度検出装置20は、正弦値と固定値との比較を3ビットの値で行う。このため、第2の実施形態の角度検出装置20は、正弦値と固定値との比較を、2個のXORゲート及び1個のANDゲートという簡単な回路で行うことができる。その結果、第2の実施形態の角度検出装置20も、角度検出装置の回路構成を小規模なものとすることができるとともに、動作周波数の向上が容易であるという効果を奏する。
The following formulas (9) to (16) represent formulas for converting the angle θ (in) into the phase angle θ (out). The parentheses in the expressions (9) to (16) indicate the range of the absolute value of the sine value and the sign of the sine value and the cosine value to which each expression is applied. Also, the equations (9) to (16) show the corresponding steps (S211, S213, S215-S216, S219-S220, S222-S223) of FIG.
θ (out) = θ (in): (| sinθ | <0.75, sinθ ≧ 0, cosθ ≧ 0), S219 (9)
θ (out) = − θ (in): (| sinθ | <0.75, sinθ <0, cosθ ≧ 0), S222 (10)
θ (out) = π−θ (in): (| sinθ | <0.75, sinθ ≧ 0, cosθ <0), S220 (11)
θ (out) = − π + θ (in): (| sinθ | <0.75, sinθ <0, cosθ <0), S223 (12)
θ (out) = π / 2−θ (in): (| sinθ | ≧ 0.75, sinθ ≧ 0, cosθ ≧ 0), S211 (13)
θ (out) = − π / 2 + θ (in): (| sinθ | ≧ 0.75, sinθ <0, cosθ ≧ 0), S215 (14)
θ (out) = π / 2 + θ (in): (| sinθ | ≧ 0.75, sinθ ≧ 0, cosθ <0), S213 (15)
θ (out) = − π / 2−θ (in): (| sinθ | ≧ 0.75, sinθ <0, cosθ <0), S216 (16)
(Explanation of effect)
As described above, the
(第3の実施形態)
第1の実施形態で説明した角度検出装置10の構成は、以下の第3の実施形態の角度検出装置としても記載できる。第3の実施形態の角度検出装置は、変換部と、比較部と、マルチプレクサと、ROMと、データ処理部を備える。
(Third embodiment)
The configuration of the
第3の実施形態の角度検出装置の各部の機能は、第1の実施形態で説明した角度検出装置10と同様である。すなわち、変換部は、入力されるベースバンド信号の位相角θに対応する正弦値(sinθ)と余弦値(cosθ)とを求める。比較部は、データ処理部で求められた正弦値の絶対値と所定の固定値との大きさの比較結果を出力する。マルチプレクサは、正弦値の絶対値、正弦値の符号及び余弦値の符号を出力し、さらに、比較結果に基づいて、正弦値の絶対値及び余弦値の絶対値のうち、大きくない方の値をROMに出力する。
The function of each part of the angle detection device of the third embodiment is the same as that of the
ROMは、入力された値に対する逆正弦値θ(in)を出力する。データ処理部は、変換部で生成された正弦値の絶対値、正弦値の符号及び余弦値の符号に基づいて、ROMから入力された逆正弦値θ(in)を、−π≦θ(out)≦πの範囲にある位相角θ(out)に変換して出力する。 The ROM outputs an inverse sine value θ (in) with respect to the input value. Based on the absolute value of the sine value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value generated by the conversion unit, the data processing unit converts the inverse sine value θ (in) input from the ROM to −π ≦ θ (out ) ≦ π is converted into a phase angle θ (out) in the range and output.
このような構成及び機能を備える第3の実施形態の角度検出装置も、正弦値と固定値との大きさの比較結果を求めることで、比較回路の規模を小さくかつ単純な構成とすることができる。そして、データ処理部は、ROMから入力された逆正弦値θ(in)を、−π≦θ(out)≦πの範囲にある位相角θ(out)に変換して出力する。ここで、位相角θ(out)が存在する領域は、変換部で生成された正弦値の絶対値、正弦値の符号及び余弦値の符号に基づいて決定される。 The angle detection apparatus according to the third embodiment having such a configuration and function can also reduce the scale of the comparison circuit and obtain a simple configuration by obtaining a comparison result between the sine value and the fixed value. it can. The data processing unit converts the inverse sine value θ (in) input from the ROM into a phase angle θ (out) in the range of −π ≦ θ (out) ≦ π and outputs the phase angle θ (out). Here, the region where the phase angle θ (out) exists is determined based on the absolute value of the sine value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value generated by the conversion unit.
その結果、第3の実施形態の角度検出装置も、角度検出装置の回路の規模削減及び高速化が容易であるという効果を奏する。 As a result, the angle detection apparatus according to the third embodiment also has an effect that the scale and speed of the circuit of the angle detection apparatus can be easily reduced.
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記の実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
本発明は、デジタルベースバンド信号処理の位相検出の他に、サーボ装置の回転角の算出といった用途にも適用可能である。 The present invention can be applied to uses such as calculation of a rotation angle of a servo device in addition to phase detection of digital baseband signal processing.
10、20 角度検出装置
100、200 変換部
101 パワー計算部
102 ノルム計算部
103 三角関数計算部
110 比較部
120、220 マルチプレクサ
130、230 ROM
140、240 データ処理部
141、241 判定部
142、242 変換部
210 AND部
300、310 XORゲート
320 ANDゲート
400 レベル検出器
401、402 乗算器
410 比較回路
430 ROM
440 90度補正器
450 A/D(アナログ−ディジタル変換器)
460 90度移相器
470 微分器
480 入力端子
490 出力端子
10, 20
140, 240
440 90 degree corrector 450 A / D (analog-digital converter)
460 90
Claims (6)
前記正弦値の絶対値と所定の固定値との大きさの比較結果を出力する比較手段と、
入力された値に対する逆正弦値θ(in)を出力するROM(read only memory)と、
前記正弦値の絶対値、前記正弦値の符号及び前記余弦値の符号を出力し、さらに、前記比較結果に基づいて、前記正弦値の絶対値及び前記余弦値の絶対値のうち、大きくない方の値を前記ROMに出力するマルチプレクサと、
前記正弦値の絶対値、前記正弦値の符号及び前記余弦値の符号に基づいて、前記ROMから入力された前記逆正弦値θ(in)を、−π≦θ(out)≦πの範囲にある位相角θ(out)に変換して出力するデータ処理手段と、
を備える角度検出装置。 Conversion means for obtaining a sine value (sinθ) and a cosine value (cosθ) corresponding to the phase angle θ of the input baseband signal;
A comparison means for outputting a comparison result of the magnitude of the absolute value of the sine value and a predetermined fixed value;
ROM (read only memory) that outputs the inverse sine value θ (in) for the input value;
The absolute value of the sine value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value are output, and based on the comparison result, the absolute value of the sine value and the absolute value of the cosine value that is not greater A multiplexer that outputs the value of
Based on the absolute value of the sine value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value, the inverse sine value θ (in) input from the ROM is in a range of −π ≦ θ (out) ≦ π. Data processing means for converting to a certain phase angle θ (out) and outputting;
An angle detection device comprising:
前記ROMは、0以上前記固定値以下の前記入力された値に対応した、0≦θ(in)≦π/4の範囲にある前記逆正弦値θ(in)を求めるためのルックアップテーブルを備え、
前記マルチプレクサは、
前記比較結果が、前記正弦値の絶対値が前記固定値未満であることを示す場合は前記正弦値の絶対値を前記ROMに出力し、
前記比較結果が、前記正弦値の絶対値が前記固定値以上であることを示す場合は前記余弦値の絶対値を前記ROMに出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載された角度検出装置。 The fixed value is a value of sinθ where cosθ = sinθ,
The ROM has a look-up table for obtaining the inverse sine value θ (in) in the range of 0 ≦ θ (in) ≦ π / 4 corresponding to the input value not less than 0 and not more than the fixed value. Prepared,
The multiplexer is
If the comparison result indicates that the absolute value of the sine value is less than the fixed value, the absolute value of the sine value is output to the ROM;
If the comparison result indicates that the absolute value of the sine value is greater than or equal to the fixed value, the absolute value of the cosine value is output to the ROM;
The angle detection device according to claim 1, wherein:
前記比較手段は、前記正弦値を示す固定小数点データの、符号を示すビット、0.5を示すビット及び0.25を示すビットに基づいて前記比較結果を出力し、
前記ROMは、0以上0.75以下の前記入力された値に対応した前記逆正弦値θ(in)を求めるためのルックアップテーブルを備え、
前記マルチプレクサは、
前記比較結果が、前記正弦値の絶対値が0.75未満であることを示す場合は前記正弦値の絶対値を前記ROMに出力し、
前記比較結果が、前記正弦値の絶対値が0.75以上であることを示す場合は前記余弦値の絶対値を前記ROMに出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載された角度検出装置。 The fixed value is 0.75,
The comparison means outputs the comparison result based on a bit indicating a sign, a bit indicating 0.5, and a bit indicating 0.25 of the fixed-point data indicating the sine value,
The ROM includes a lookup table for obtaining the inverse sine value θ (in) corresponding to the input value of 0 or more and 0.75 or less,
The multiplexer is
If the comparison result indicates that the absolute value of the sine value is less than 0.75, the absolute value of the sine value is output to the ROM;
When the comparison result indicates that the absolute value of the sine value is 0.75 or more, the absolute value of the cosine value is output to the ROM.
The angle detection device according to claim 1, wherein:
前記変換手段は、前記ベースバンド信号のパワーをx2+y2として求めるパワー計算部と、前記パワーのノルムを前記パワーの平方根として求め、前記ノルムの逆数を計算するノルム計算部と、前記ノルムの逆数とxとの積を前記余弦値として求め、前記ノルムの逆数とyとの積を前記正弦値として求める三角関数計算部と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載された角度検出装置。 The baseband signal is a signal that is separated into an I (inphase) component and a Q (quadrature) component and whose amplitude is expressed in an orthogonal format of x + ji with j as an imaginary unit,
The converting means includes a power calculation unit that calculates the power of the baseband signal as x 2 + y 2 , a norm calculation unit that calculates a norm of the power as a square root of the power, and calculates an inverse of the norm, A trigonometric function calculation unit for obtaining a product of an inverse number and x as the cosine value, and obtaining a product of the inverse of the norm and y as the sine value;
The angle detection device according to claim 1, further comprising:
前記正弦値の絶対値と所定の固定値との大きさの比較結果を出力し、
前記比較結果に基づいて、前記正弦値の絶対値と前記余弦値の絶対値のうち、大きくない方を選択し、
前記選択された前記正弦値の絶対値と前記余弦値の一方に対応する逆正弦値θ(in)を求め、
前記正弦値の絶対値、前記正弦値の符号及び前記余弦値の符号に基づいて、前記逆正弦値θ(in)を−π≦θ(out)≦πの範囲の位相角θ(out)に変換して出力する、
ことを特徴とする角度検出方法。 Find the sine value (sinθ) and cosine value (cosθ) corresponding to the phase angle θ of the input baseband signal,
Output a comparison result of the magnitude of the absolute value of the sine value and a predetermined fixed value,
Based on the comparison result, select the lesser of the absolute value of the sine value and the absolute value of the cosine value,
Find the inverse sine value θ (in) corresponding to one of the absolute value of the selected sine value and the cosine value,
Based on the absolute value of the sine value, the sign of the sine value, and the sign of the cosine value, the inverse sine value θ (in) is set to a phase angle θ (out) in a range of −π ≦ θ (out) ≦ π. Convert and output,
An angle detection method characterized by the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014130301A JP2016010034A (en) | 2014-06-25 | 2014-06-25 | Angle detection device and angle detection method |
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---|---|---|---|---|
JP2019066978A (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | ブラザー工業株式会社 | Image formation device |
-
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- 2014-06-25 JP JP2014130301A patent/JP2016010034A/en active Pending
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