JP4035751B2 - Encoder signal processing circuit and signal processing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検出物体の変位に対して、お互いに90度位相の異なる2相の矩形波信号を出力するエンコーダの信号処理に関するもので、特にその矩形波信号のエッジ部に発生するジッタを除去する回路とその信号処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エンコーダ信号のノイズ除去回路として、遅延フィルタを用いる方法(従来例1)がある。図3は従来のノイズ除去回路のブロック図である。入力信号はクロックの立ち上がりでサンプリングされる。3入力ANDまたは、3入力ORゲート部では、連続する3クロックの間、エンコーダ信号が変化するかを検出する。すなわち、これらのゲート部出力は、3つのクロックの立ち上がり分、同じ状態を維持したときのみ出力される。これによりエッジ部に発生する瞬間的なノイズスパイクや、2クロック周期より短いジッタは除去される。
また、その他の従来例として特開平9−257516(従来例2)がある。図7はその接続図を示す。図8は動作を説明するための波形図である。エッジ部にジッタをもつ2相の矩形波信号の内一相PAをDフリップフロップのD入力端子に供給し、他の一相PBをダイオードD1、コンデンサC1、抵抗R3で構成されるピークホールド回路に供給する。このピークホールド回路でエッジ部のジッタは除去され図8のPDに示すような波形になる。この出力信号PDを波形整形回路を通して上記Dフリップフロップ回路のクロック入力に供給する。上記Dフリップフロップ回路の出力から変位の方向の信号Qcを、上記波形整形回路の出力からジッタを含まない変位量の信号PEが取り出せる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
エンコーダ信号の分解能を上げるため、電気的な内挿回路が使用される。この内挿回路はセンサ信号から得られた2相の正弦波信号を、あるビット数のデジタル信号に変換する。図4に内挿回路に入力される2相の正弦波信号SA、SBとデジル信号出力B0〜B7との関係を示す。図5に図4に示したデジタル信号出力の最下位ビットB0とこの1つ上のビットB1を横軸方向に拡大した図を示す。センサ信号はあるS/Nを持った信号であるので、図5に示すように、デジタル信号出力は、ビットの切り替わり点において信号のH/Lが不確定部分をもつ。
一方、信号処理を容易にするため、また出力信号数を少なくするため、B0とB1を使って、2相の矩形波信号に変換して出力することも行われている。B0とB1のエクスクルーシブORをとることによって2相の矩形波信号のA信号を、B1をつかってA信号と90度位相の異なるB信号を生成している。図6に生成されたA信号、B信号を示す。デジタル信号の不確定な部分は図6に示すように、2相の矩形波信号(A信号、B信号)のエッジ部に現れる。上述した原因で発生するジッタ部はセンサ信号の周期が長くなるとこれに比例して長くなるという特性をもち、従来例1の遅延型フィルタでは除去しきれないという問題があった。
また、従来例2ではピークホールド回路を使ってジッタを除去しており、この回路に使われるコンデンサの放電ための時間が必要になる。もし、放電時間を長くすると、高周波の入力信号に対応できず、放電時間を短くすると、ピークホールドの特性が悪くなり、広い周波数範囲の入力信号に対応できないという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、遅延型フィルタやピークホールド回路によるジッタ除去方法では対応できなかった広い周波数範囲の入力信号に対応できるジッタ除去回路およびその信号処理方法を提供することを目的とする。
特に、エンコーダの90度位相の異なる検出信号を電気的内挿回路を用いて高分解能にする際にこの検出信号の位相差を90度に保ちながら、ジッタを除去することができるようにする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため請求項1記載の発明は、検出物体の変位に対して、お互いに90度位相の異なる2相の矩形波信号を出力するエンコーダの前記矩形波信号のエッジ部に発生するジッタを除去するエンコーダの信号処理回路において、前記2相の矩形波信号と該矩形波信号の反転信号を4組のRSフリップフロップの入力信号とし、前記4組のRSフリップフロップの出力の内2組のRSフリップフロップの出力のAND信号とし、前記2組とは異なる別の2組のRSフリップフロップの出力のAND信号をとることにより、エッジ部にジッタを持たない90度位相の異なる2相の矩形波信号を出力する手段からなるものである。
また請求項2記載の発明は、検出物体の変位に対して、お互いに90度位相の異なるA相とB相信号を出力するエンコーダの前記A相、B相信号のエッジ部に発生するジッタを除去するエンコーダの信号処理回路において、前記A相信号をS入力へ、前記B相信号をR入力される第1のRSフリップフロップと、前記B相の反転信号をS入力へ、前記A相の反転信号をR入力される第2のRSフリップフロップと、前記A相の反転信号をS入力へ、前記B相信号をR入力される第3のRSフリップフロップと、前記B相の反転信号をS入力へ、前記A相信号をR入力される第4のRSフリップフロップと、前記第1のRSフリップフロップ出力信号と前記第2のRSフリップフロップ信号との論理積をとる第1のAND回路と、前記第3のRSフリップフロップ出力信号と前記第4のRSフリップフロップ出力信号との論理積をとる第2のAND回路とを備えたものである。
また請求項3記載の発明は、検出物体の変位に対して、お互いに90度位相の異なるA相とB相信号を出力するエンコーダの前記A相、B相信号のエッジ部に発生するジッタを除去するエンコーダの信号処理方法において、第1のRSフリップフロップのS入力へ、前記A相信号を、前記B相信号をR入力へ入力し、第2のRSフリップフロップのS入力へ、前記B相の反転信号を、前記A相の反転信号をR入力へ入力し、第3のRSフリップフロップのS入力へ、前記A相の反転信号を、前記B相信号をR入力へ入力し、第4のRSフリップフロップのS入力へ、前記B相の反転信号を、前記A相信号をR入力へ入力し、前記第1のRSフリップフロップ出力信号と前記第2のRSフリップフロップ信号との論理積をとった信号を真のA相信号とし、前記第3のRSフリップフロップ出力信号と前記第4のRSフリップフロップ出力信号との論理積をとった信号を真のB相信号としたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態に係わる信号処理回路図である。図2は各部の動作を示す信号波形図である。
図1において1〜4はNANDゲートで構成したRSフリップフロップである。
RSフリップフロップ1のS入力S1には、図2のaで示したエッジ部にジッタを持つ2相の矩形波信号の内のA信号が、R入力R1には、図2のbで示したB信号が入力される。
RSフリップフロップ2のS入力S2には、図2のdで示したB信号の反転信号であるB−信号が、R入力R2には図2のcで示したA信号の反転信号であるA−信号が入力される。
さらに、RSフリップフロップ3のS入力S3には、A−信号が、R入力R3にはB信号が、RSフリップフロップ4のS入力S4には、B−信号が、R入力R4にはA信号が入力される。
RSフリップフロップ1の出力Q1’には図2のeで示した波形が出力され、RSフリップフロップ2の出力Q2’には図2のfで示した波形が出力される。ANDゲート5で両者のAND信号をとると、図2のiで示したエッジ部にジッタを持たない出力Aoが得られる。
また、RSフリップフロップ3の出力Q3には図2のgで示した波形が出力され、RSフリップフロップ4の出力Q4には図2のhで示した波形が出力される。
ANDゲート6で両者のAND信号をとると、図2のjで示したエッジ部にジッタを持たない出力Boが得られる。AoとBoはお互い90度位相の異なる矩形波信号になる。
なお、RSフリップフロップへの入力信号の組み合わせと出力信号の組み合わせは上記実施例だけとは限らない。また、RSフリップフロップをORゲートで構成しても、実施例と同じ機能が得られるのは明らかである。
【0006】
【発明の効果】
本発明は、検出物体の変位に対してお互いに90度位相の異なる2相の矩形波信号を出力するエンコーダの前記矩形波信号のエッジ部に発生するジッタを除去するエンコーダの信号処理回路において、前記2相の矩形波信号と該矩形波信号の反転信号を4組のRSフリップフロップの入力信号とし、前記4組のRSフリップフロップの出力の内2組のRSフリップフロップの出力のAND信号とし、前記2組とは異なる別の2組のRSフリップフロップの出力のAND信号をとることにより、エッジ部にジッタを持たない90度位相の異なる2相の矩形波信号を出力する手段を備えたので、遅延型フィルタやピークホールド回路によるジッタ除去方法では対応できなかった広い周波数範囲の入力信号に対応できるジッタ除去回路およびその信号処理方法を提供するできる。
特に、エンコーダの90度位相の異なる検出信号を電気的内挿回路を用いて高分解能にする際にこの検出信号の位相差を90度に保ちながら、ジッタを確実に除去できるため高分解能エンコーダを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係わる信号処理回路図である。
【図2】本発明の信号処理回路の動作を示す各部の信号波形図である。
【図3】従来のノイズ除去回路(従来例1)のブロック図である。
【図4】内挿回路の入出力信号を示す図である。
【図5】図4に示す最下位ビットB0と、この1つ上のビットB1について横軸方向に拡大した図である。
【図6】エッジ部にジッタをもつ、2相の矩形波信号を示す図である。
【図7】従来のジッタ除去回路(従来例2)の接続図である。
【図8】従来例2動作を示す各部の信号波形図である。
【符号の説明】
1〜4 RSフリップフロップ
5〜6 NANDゲート
a A信号
b B信号
c A−信号
d B−信号
e RSフリップフロップ1の出力Q1’の信号
f RSフリップフロップ2の出力Q2’の信号
g RSフリップフロップ3の出力Q3の信号
h RSフリップフロップ4の出力Q4の信号
i Ao信号
j Bo信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the signal processing of an encoder that outputs a two-phase rectangular wave signal that is 90 degrees out of phase with respect to the displacement of a detected object, and particularly eliminates jitter generated at the edge of the rectangular wave signal. And a signal processing method thereof.
[0002]
[Prior art]
As a noise removal circuit for an encoder signal, there is a method using a delay filter (conventional example 1). FIG. 3 is a block diagram of a conventional noise removal circuit. The input signal is sampled at the rising edge of the clock. The 3-input AND or 3-input OR gate section detects whether the encoder signal changes during 3 consecutive clocks. That is, these gate section outputs are output only when the same state is maintained for the rising edges of the three clocks. As a result, instantaneous noise spikes generated at the edge and jitter shorter than two clock cycles are eliminated.
Another conventional example is JP-A-9-257516 (conventional example 2). FIG. 7 shows the connection diagram. FIG. 8 is a waveform diagram for explaining the operation. A peak-hold circuit that supplies one phase PA of the two-phase rectangular wave signal having jitter at the edge to the D input terminal of the D flip-flop, and the other one-phase PB is composed of a diode D1, a capacitor C1, and a resistor R3. To supply. The jitter at the edge portion is removed by this peak hold circuit, resulting in a waveform as shown by PD in FIG. This output signal PD is supplied to the clock input of the D flip-flop circuit through the waveform shaping circuit. A signal Qc in the direction of displacement can be extracted from the output of the D flip-flop circuit, and a signal PE with a displacement amount not including jitter can be extracted from the output of the waveform shaping circuit.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An electrical interpolation circuit is used to increase the resolution of the encoder signal. This interpolation circuit converts a two-phase sine wave signal obtained from the sensor signal into a digital signal having a certain number of bits. FIG. 4 shows the relationship between the two-phase sine wave signals SA and SB input to the interpolation circuit and the digital signal outputs B0 to B7. FIG. 5 is an enlarged view of the least significant bit B0 and the bit B1 that is one bit higher in the digital signal output shown in FIG. 4 in the horizontal axis direction. Since the sensor signal is a signal having a certain S / N, as shown in FIG. 5, in the digital signal output, the H / L of the signal has an uncertain part at the bit switching point.
On the other hand, in order to facilitate signal processing and reduce the number of output signals, conversion to a two-phase rectangular wave signal using B0 and B1 is also performed. An exclusive OR of B0 and B1 is used to generate an A signal of a two-phase rectangular wave signal, and a B signal that is 90 degrees out of phase with the A signal using B1. FIG. 6 shows the A signal and B signal generated. As shown in FIG. 6, the uncertain part of the digital signal appears at the edge of the two-phase rectangular wave signal (A signal, B signal). The jitter part generated due to the above-described reason has a characteristic that it becomes longer in proportion to the longer period of the sensor signal, and there is a problem that it cannot be removed by the delay type filter of Conventional Example 1.
In the
The present invention has been made in view of such a problem, and a jitter removal circuit capable of dealing with an input signal in a wide frequency range that cannot be dealt with by a jitter removal method using a delay filter or a peak hold circuit, and a signal processing method therefor The purpose is to provide.
In particular, when the detection signals having different phases of 90 degrees of the encoder are made to have a high resolution by using an electric interpolation circuit, the jitter can be removed while keeping the phase difference of the detection signals at 90 degrees.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the invention according to
According to the second aspect of the present invention, the jitter generated at the edge portions of the A-phase and B-phase signals of the encoder that outputs the A-phase and B-phase signals that are 90 degrees out of phase with respect to the displacement of the detected object. In the signal processing circuit of the encoder to be removed, the A phase signal is input to the S input, the B phase signal is input to the first RS flip-flop, the B phase inverted signal is input to the S input, and the A phase A second RS flip-flop to which an inverted signal is input, an A-phase inverted signal to the S input, a third RS flip-flop to which the B-phase signal is input to R, and the B-phase inverted signal to A first AND circuit that takes a logical product of the fourth RS flip-flop to which the A-phase signal is R-inputted to the S input, and the first RS flip-flop output signal and the second RS flip-flop signal And the third R It is obtained by a second AND circuit taking the logical product of the flip-flop output signal fourth RS flip-flop output signal.
The invention according to
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a signal processing circuit diagram according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a signal waveform diagram showing the operation of each part.
In FIG. 1, 1-4 are RS flip-flops composed of NAND gates.
The S input S1 of the RS flip-
A B-signal which is an inverted signal of the B signal shown by d in FIG. 2 is applied to the S input S2 of the RS flip-
Further, the S input S3 of the RS flip-
A waveform indicated by e in FIG. 2 is output to the output Q1 ′ of the RS flip-
2 is output at the output Q3 of the RS flip-
When both AND signals are taken by the AND
The combination of the input signal and the output signal to the RS flip-flop is not limited to the above embodiment. It is clear that the same function as that of the embodiment can be obtained even if the RS flip-flop is constituted by an OR gate.
[0006]
【The invention's effect】
The present invention provides an encoder signal processing circuit for removing jitter generated at an edge portion of the rectangular wave signal of an encoder that outputs a two-phase rectangular wave signal having a phase difference of 90 degrees with respect to a displacement of a detection object. The two-phase rectangular wave signal and the inverted signal of the rectangular wave signal are input signals of four sets of RS flip-flops, and the AND signals of the outputs of two sets of RS flip-flops among the outputs of the four sets of RS flip-flops. And means for outputting a two-phase rectangular wave signal having a phase difference of 90 degrees and having no jitter at the edge portion by taking an AND signal of outputs of two different sets of RS flip-flops different from the two sets. Therefore, a jitter removal circuit that can handle an input signal in a wide frequency range that cannot be handled by a delay filter or a jitter removal method using a peak hold circuit, and its signal. It can provide a processing method.
In particular, when high-resolution detection signals having a 90-degree phase difference of the encoder are made high-resolution using an electrical interpolation circuit, jitter can be reliably removed while maintaining the phase difference of the detection signals at 90-degree. realizable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a signal processing circuit diagram according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a signal waveform diagram of each part showing the operation of the signal processing circuit of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram of a conventional noise removal circuit (conventional example 1).
FIG. 4 is a diagram showing input / output signals of an interpolation circuit.
5 is an enlarged view of the least significant bit B0 shown in FIG. 4 and the bit B1 that is one bit higher in the horizontal axis direction.
FIG. 6 is a diagram illustrating a two-phase rectangular wave signal having jitter at an edge portion.
FIG. 7 is a connection diagram of a conventional jitter removal circuit (conventional example 2).
FIG. 8 is a signal waveform diagram of each part showing the operation of Conventional Example 2;
[Explanation of symbols]
1 to 4 RS flip-
Claims (3)
前記A相信号をS入力へ、前記B相信号をR入力される第1のRSフリップフロップと、
前記B相の反転信号をS入力へ、前記A相の反転信号をR入力される第2のRSフリップフロップと、
前記A相の反転信号をS入力へ、前記B相信号をR入力される第3のRSフリップフロップと、
前記B相の反転信号をS入力へ、前記A相信号をR入力される第4のRSフリップフロップと、
前記第1のRSフリップフロップ出力信号と前記第2のRSフリップフロップ出力信号との論理積をとる第1のAND回路と、
前記第3のRSフリップフロップ出力信号と前記第4のRSフリップフロップ出力信号との論理積をとる第2のAND回路とを備えたことを特徴とするエンコーダの信号処理回路。In the encoder signal processing circuit for removing jitter generated at the edge portions of the A-phase and B-phase signals of the encoder that outputs the A-phase and B-phase signals that are 90 degrees out of phase with respect to the detected object,
A first RS flip-flop that receives the A-phase signal as an S input and the B-phase signal as an R input;
A second RS flip-flop to which the inverted B-phase signal is input to the S input and the inverted A-phase signal is input to the R;
A third RS flip-flop to which the inverted signal of the A phase is input to the S input and the B phase signal is input to the R;
A fourth RS flip-flop to which the B phase inverted signal is input to the S input and the A phase signal is input to the R;
A first AND circuit that takes a logical product of the first RS flip-flop output signal and the second RS flip-flop output signal;
An encoder signal processing circuit comprising: a second AND circuit that takes a logical product of the third RS flip-flop output signal and the fourth RS flip-flop output signal.
第1のRSフリップフロップのS入力へ、前記A相信号を、前記B相信号をR入力へ入力し、
第2のRSフリップフロップのS入力へ、前記B相の反転信号を、前記A相の反転信号をR入力へ入力し、
第3のRSフリップフロップのS入力へ、前記A相の反転信号を、前記B相信号をR入力へ入力し、
第4のRSフリップフロップのS入力へ、前記B相の反転信号を、前記A相信号をR入力へ入力し、
前記第1のRSフリップフロップ出力信号と前記第2のRSフリップフロップ出力信号との論理積をとった信号を真のA相信号とし、
前記第3のRSフリップフロップ出力信号と前記第4のRSフリップフロップ出力信号との論理積をとった信号を真のB相信号としたことを特徴とするエンコーダの信号処理方法。In the encoder signal processing method for removing jitter generated at the edge portions of the A-phase and B-phase signals of the encoder that outputs the A-phase and B-phase signals whose phases are 90 degrees different from each other with respect to the displacement of the detection object,
The A phase signal is input to the S input of the first RS flip-flop, and the B phase signal is input to the R input.
Input the B phase inversion signal to the S input of the second RS flip-flop, the A phase inversion signal to the R input,
Input the A phase inversion signal and the B phase signal to the R input to the S input of the third RS flip-flop,
The B phase inverted signal is input to the S input of the fourth RS flip-flop, and the A phase signal is input to the R input.
A signal obtained by ANDing the first RS flip-flop output signal and the second RS flip-flop output signal is a true A-phase signal,
A signal processing method for an encoder, wherein a signal obtained by logical product of the third RS flip-flop output signal and the fourth RS flip-flop output signal is a true B-phase signal.
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