JPH02166825A - エンコーダ装置 - Google Patents

エンコーダ装置

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JPH02166825A
JPH02166825A JP63320360A JP32036088A JPH02166825A JP H02166825 A JPH02166825 A JP H02166825A JP 63320360 A JP63320360 A JP 63320360A JP 32036088 A JP32036088 A JP 32036088A JP H02166825 A JPH02166825 A JP H02166825A
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JP
Japan
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comparator
voltage
sensor
waveform
power supply
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JP63320360A
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Kazuo Hasegawa
和男 長谷川
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to US07/406,395 priority patent/US5043660A/en
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01D5/2448Correction of gain, threshold, offset or phase control

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、運動する磁気スケールを一対のセンサーで検
出してパルス信号で運動状態を表す2値化信号を出力す
るエンコーダ装置に係り、特にセンサー側の電源電圧と
波形処理側の電源電圧が異なる場合にも2値化信号のデ
ユーティ−比を正確に得ることができるように改善した
エンコーダ装置に関する。
〔従来の技術〕
この種のエンコーダ装置としては、例えば一対のセンサ
ーを磁気抵抗効果素子(MR素子)とし、スケールを磁
気ドラムとした磁気式ロークリエンコーダがある。
この磁気式ロークリエンコーダは、運動量に従つて磁気
スケールである磁気ドラムに着磁された磁極からの磁束
の変化を検出してこれを電気抵抗値の変化として出力す
る。
以下、上記の磁気式ロークリエンコーダの従来例を第5
図乃至第8図に基づいて説明する。
第5図は磁気式ロータリエンコーダの信号処理回路の構
成図、第6図は第5図の動作を説明するための波形図、
第7図は第6図の問題条件下での動作を説明するための
波形図、第8図はMRセンサーの一相分の出力信号合成
状態を示す波形図である。
第5図において、1aはA相MRセンサ、■bはB相M
Rセンサ、2a、2bは波形整形手段であるコンパレー
タ(比較器)、3は検出信号出力回路、ioa、IOb
はそれぞれMR素子Ra I。
Ra2.Ra3.Ra4、Rbl、Rb2.Rb3、R
b4で構成したMRセンサブリッジ(以下、センサブリ
ッジ)、Rla、R2b、Rlb、R2bは抵抗、R3
a、R3bは帰還抵抗である。
この種のロータリエンコーダは、A相とB相の出力が電
気角でπ/2(90度)だけ異なるようにMRセンサを
配置するのが普通である。
なお、A相MRセンサ1aのセンサブリッジ10aとB
相MRセンサ1bのセンサブリッジ10bとは同一構成
であるので、以降のMRセンサの説明はAJr¥JMR
センサ1aについてのみ行う。
同図において、A相MRセンサ1aはセンサブリッジ1
0aからなり、このブリッジ10aの平衡点から端子A
l、A2を取り出し、抵抗R1a。
R2aを介して、端子A1は差動増幅器から構成される
コンパレータ2aの負入力端子に入力1として、端子A
2は正入力端子に入力2として印加される。
コンパレータ2aの出力端子Aからは、帰還抵抗R3a
を介して該コンパレータの正入力端子側に正帰還が施さ
れている。
コンパレータ2aの出力端子Aは、ネ食出信号出力回路
3等の信号処理手段に接続され、同様に構成されたB相
出力端子Bと共に処理されて、モータの回転検出信号(
移動物体の場合は位置検出信号)Cを出力する。
次に、第6図乃至第8図にしたがって第5図の動作を説
明する。
コンパレータ2a、または2bのA相出力またはB相出
力AまたはBからは、第6図の(a)に示す電源電圧値
Vccと接地電圧(0■)との間で繰り返す矩形波の出
力が得られ、この時のコンパレータ2aまたは2bの反
転入力と非反転入力には、第6図の(b)に示すセンサ
ーブリッジ10aまたは10bからV c c / 2
を動作基準として互いに電気角度が180度の位相差を
持った一対の破線で示した電圧波形e1と実線で示した
電圧波形e2とが印加されている。
この時のVccは、センサーブリッジ10aまたは10
bに供給されている電源電圧値である。
これらの電圧波形e1と電圧波形e2とは、動作基準電
圧V c c / 2で互いに交叉している。
実線で示した電圧波形e2が印加されているコンパレー
タ2aおよび2bの非反転入力の電圧は、このコンパレ
ータ2aおよび2bのA相およびB相出力AまたはBか
ら夫々正帰還用抵抗RaおよびRbを介して帰還電圧が
印加されているために、第6図の(b)の実線で示すV
 c c / 2を動作基準として電圧波形e1と電気
角度が180度の位相差を持った電圧波形e3が表れて
いる。
この電圧波形e3は、電圧波形e2に対して夫々正帰還
用抵抗R3aおよびR3bの抵抗値に従った電圧分した
けシフトして振幅の幅が大きくなっている。
このシフトする電圧分りは、コンパレータ2aおよび2
bの出力電圧Vo、(Vccと0ポルト)からセンサブ
リッジ10aまたは10bの接続点A2およびB2の電
圧値V2を差し引いて、接続点A2及びB2と非反転入
力との間に夫々接続された入力インピーダンス低下規制
抵抗R2aおよびR2bと抵抗R3aおよびR3bとの
抵抗比で分圧した下記の第1弐に示す値となっている。
L =(VO−V2)  ・(R2a/(R2a+R3
a))=(VO−V2)  ・(R2b/(R2b+R
3b))・−・ −・ 第1式 コンパレータ2aおよび2bの出力電圧値VOの”H”
レベルの時は、電圧値■0が極めて電源電圧値Vccに
近い値となっており、センサブリッジ10aまたは10
bの接続点A2およびB2の電圧値V2の動作基準電位
が極めて近い電源電圧値Vccの半分の値となっている
。そして、この動作基準電位が、コンパレータ2aおよ
び2bの動作基準電位とほぼ等しい値となっているので
、コンパレータ2aおよび2bの非反転入力への帰還は
、コンパレータ2aおよび2bの出力電圧極性が″L″
レベルの場合も”H”レベルの場合であっても等しい電
圧幅で作用して、この時のシフトする電圧Lhが、電源
電圧Vccの半分の値に抵抗R2a、R2bおよびR3
a、R3bの分圧比を乗じた下記第2式に示す値となっ
ている。
L h = Vcc/2 ・(R2a/ (R2a +
 R3a) )= Vcc/2  ・(R2b/ (R
2b + R3b) )・・・ −・・・ 第2式 コンパレータ2aおよび2bの出力電圧値v0の”L”
レベルの時は、電圧値Voが極めて接地電圧値(0ボル
ト)に近い値となっており、センサブリッジ10aまた
は10bの接続点A2およびB2の電圧値■2の動作基
準電位が極めて電源電圧値Vccの半分の値に近い値と
なっているので、この時のシフトする電圧Llが、電源
電圧■ccの半分の値に抵抗R2a、R2bおよびR3
a、R3bの分圧比を乗じた下記第3式に示す接地電圧
側(0ボルト)にシフトする値となっている。
L l = −Vcc/2  ・(R2a/ (R2a
 + R3a) )= −Vcc/2  ・ (R2b
/(R2b+R3b))−第3式 したがって、コンパレータ2aおよび2bの出力電圧値
Voが”H”レベルと”L”レベルの時のシフトする電
圧LhおよびLI!の幅は、同じ量となっている。
そこで、たとえばコンパレータ2aおよび2bに印加さ
れている図示しない電源電圧Vcc2がセンサブリッジ
10aまたは10bに印加されている電源電圧Vccよ
り電源供給上の理由で半分以下(たとえば、1/3倍)
の値となっている場合の動作について、第7図(a)お
よび(b)に従って説明する。
第7図(b)に実線で示した電圧波形e2が印加されて
いるコンパレータ2aおよび2bの非反転入力の電圧は
、このコンパレータ2aおよび2bのA相およびB相出
力AまたはBから夫々正帰還用抵抗R3aおよびR3b
を介して帰還電圧が印加されているためにV c c 
/ 2を動作基準として電圧波形e1と電気角度が18
0度の位相差を持った電圧波形e3が現れている。
この電圧波形e3は、電圧波形e2に対して夫々正帰還
用抵抗R3aおよびR3bの抵抗値に従った後述する電
圧骨Lh2および上述した電圧骨Llだけシフトして振
幅の幅が大きくなっている。このシフトする電圧は、図
示しない電源電圧Vcc2が印加されたコンパレータ2
aおよび2bの出力電圧値Vo(VccとOボルト)か
ら、センサブリッジloaまたは10bの接続点A2お
よびB2の電圧値V2を差し引いて、接続点A2および
B2と非反転入力との間に夫々接続された入力インピー
ダンス規制抵抗R2aおよびR2bと抵抗R3aおよび
R3bとの抵抗比で分圧した第1式に示す値となってい
る。
この条件下で動作するコンパレータ2aおよび2bの出
力電圧(i1!Voが極めて電源電圧値Vcc2に近い
値となっており、センサブリッジ10aまたは10bの
接続点A2およびB2の電圧値■2の動作基準電圧が電
源電圧値Vccの半分の値と極めて近い値となっている
そして、この動作基準電位が、コンパレータ2aおよび
2bの動作基準電位とほぼ等しい値となっているので、
コンパレータ2aおよび2bの非反転入力への帰還は、
電圧値■0が極めて電源電圧値VCC2に近い値となっ
ており、センサブリッジ10aまたは10bの接続点A
2およびB2の電圧値V2の動作基準電位が極めて電源
電圧値の半分に近くなっており、センサブリッジ10a
または10bの動作基準電位が下記第4式に示す値とな
っている。
L h 2 # (Vcc2 −Vcc/2) ・(R
2a/(R2a+R3a))=(Vcc2 −Vcc/
2) ・(R2b/(R2b+R3b))・−一 −・
−・・−・第4式 コンパレータ2aおよび2bの出力電圧値V。
の”L”レベルの時は、電圧値Voが極めて接地電圧値
(0ポルト)に近い値となっており、センサブリッジ1
0aまたは10bの接続点A2およびB2の電圧値V2
の動作基準電位が極めて電源電圧値Vccの半分の値に
近くなっているので、この時のシフトする電圧LI!が
、電源電圧Vccの半分の値に抵抗R2a、R2bおよ
びR3a。
R3bの分圧比を乗じた第3式に示した接地電圧側(0
ボルト)にシフトする値となっている。
そして、コンパレータ2aおよび2bの出力電圧値V 
oが”H”レベルと”L”レベルの時のシフトする電圧
Lh2の幅は、シフトする電圧骨Llめ幅に対して、こ
の時のコンパレータ2aおよび2bに印加された電源電
圧VCC2に依存する正帰還の電圧源の”H”レベルの
電圧が上記した電源電圧Vccが印加されたコンパレー
タ2aおよび2bの”H”レベルの電圧が半分以下(1
/3倍)と低い値となっているために狭くなり、コンパ
レータ2aおよび2bの非反転入力の中心動作電圧値が
接地電圧(GND=Oボルト)側に変位したものとなっ
ている。
上記の説明はVCC2がVccよりも低い場合について
のものであるが、VCC2がVccより高い場合は、上
記とは逆に、コンパレータ2aおよび2bの出力電圧値
Voが”H”レベルと”L″レベル時のシフトする電圧
Lh2の幅は、シフトする電圧骨Lj2の幅に対して、
この時のコンパレータ2aおよび2bに印加された電源
電圧VCC2に依存する正帰還の電圧源の”r(”レベ
ルの電圧が上記した電源電圧Vccが印加されたコンパ
レータ2aおよび2bの″H′″レベルの電圧が高い値
となっているために広くなり、コンパレータ2aおよび
2bの非反転入力の中心動作電圧値がVcc側に変位し
たものとなって、第7図の(a)に対応する波形は同図
とは逆のデユーティを持つものとなる。
なお、第8図はMRセンサの実際の1相分の出力波形図
であって、センサブリッジの出力波形は、センサブリッ
ジの電源電圧をVccとしたとき、■CC/2のレベル
を中心に正負に振れる波形として取り出される。
この波形から分かるように、中心レベルVcc/2と交
叉する部分は、該レベルに対して漸近状態から交叉し、
さらにノイズがあると、中心レベルと交叉する点が変動
してしまい、整形波形が変化してしまう。
これを回避するために、従来の回路では、コンパレータ
の正入力端子側に大きな正帰還をかけて負入力端子に入
力する信号との交叉点において電圧レベルをシフトさせ
ている。
その結果、コンパレータ側の電源電圧がセンサブリッジ
の電源電圧と異なると、エンコーダ出力のデユーティ比
が変わってしまい、所期の波形とは異なる出力波形とな
ってしまう。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記したように、従来の技術においては、エンコーダ出
力が波形処理回路側の電源電圧に依存した波形となるこ
とから、MRセンサと波形処理回路(コンパレータ)側
の電源電圧が異なると、エンコーダの出力波形のデユー
ティ比が変動する等の出力波形歪が発生するという問題
があった。
本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、MRセ
ンサと波形処理回路(波形整形手段であるコンパレータ
)の電源電圧とが異なる。あるいは異なった場合でも波
形歪のない所定のデユーティ比(例えば、50%)の検
出出力を得ることができるように構成したエンコーダ装
置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、MRセンサ出力であるコンパレータの負入
力端子と正入力端子のそれぞれに該コンパレータの出力
側から正帰還をかける正帰還手段を設けた構成とするこ
とにより達成される。
第4図は本発明の詳細な説明する構成図であって、10
aはセンサブリッジ、Ral〜Ra4はMR素子、Rl
a、R2aは出力抵抗、2aはコンパレータ、R3aは
正入力側の帰還抵抗、R4aは負入力側の帰還抵抗、A
は相出力である(A相とB相の回路は同一構成であるの
で、ここでは、A相の構成についてのみ説明する)。
同図において、前記従来技術と異なる点は、コンパレー
タ2aの正入力に正帰還を施す帰還回路に加えて、その
負入力にも正帰還を施す帰還回路を設けたことにある。
コンパレータ2aの負入力への正帰還は、正入力への帰
還信号を反転して与える。
〔作用〕
コンパレータの正入力と負入力への正帰還は、該コンパ
レータの出力端子の出力電圧を互いに逆の極性として入
力端子に正帰還させる。
これによって、センサブリッジとコンパレータとの電源
電圧が異なって帰還量が変化しても出力波形のデユーテ
ィ比が変動する等の波形歪は起こらない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を説明する構成図であって、
la、lbは、それぞれA相MRセンサ。
B相MRセンサ、10a、10bはそれらのセンサブリ
ッジ、PL、R2とR3,R4はセンサブリッジ10a
、10bの平衡点、AI、A2はA相MRセンサ1aの
出力端子、Bl、B2はB相MRセンサ1bの出力端子
、2a、  2bはコンパレータ、4はフィードバック
用バッファ、41゜42.43.44はフィードバック
用バッファ4を構成するインバータ、Rla、R2a、
R1b。
R2bとR9,RIOは抵抗、R5,R6,R7゜R8
はコンパレーク2a、2bの帰還抵抗、またAはA相出
力端子、BはB相出力端子である。
なお、A相とB相のM構成同一であるので、主として人
相についての説明を行う。
同図において、A相MRセンサla、lbの電源電圧は
Vcclであり、A相MRセンサlaのセンサブリッジ
10aの平衡点PL、P2からの出力は、端子Al、A
2から抵抗R1a、R2aを介してそれぞれコンパレー
タ2aの負入力、正入力に印加される。
コンパレータ2aの電源電圧はA相出力端子において抵
抗R9を介して供給されるVcc2である。
コンパレータ2aの出力端子Aにはフィードバック用バ
ッファ4が接続されており、このバッファ4のインバー
タ42.41によりコンパレータ2aの正入力端子に正
帰還が施され、またインバータ42で極性反転されてコ
ンバータ2aの負入力端子に正帰還が施されている。
なお、上記したように、B相についても同様な構成であ
る。
第2図と第3図は第1図の動作を説明する波形図であっ
て、(a)は波形整形手段であるコンパレータの2値化
出力信号波形、 (b)は該コンパレータの入力信号波
形を示す。
第2図はセンサブリッジの電源電圧Vcclとコンパレ
ータの電源電圧とが同一(Vccl)である場合の動作
波形図で、同図(b)の入力e4゜e3はコンパレータ
2aに正帰還をかけない場合の上記2つの入力波形、入
力el、e3は正帰還をかけた場合の入力波形である。
同図のように、センサブリッジ10a、10bの電源電
圧とコンパレータ2a、  2bの電源電圧とが同一で
あるので、コンパレータの出力波形は同図(b)のよう
に、OvとVcclの間でVcC1/2の電圧レベルを
中心として2つの入力信号の交叉点を動作点とするデユ
ーティ比50%の2値信゛号となる。
第3図はセンサブリッジ10a、10bの電源電圧Vc
clとコンパレータ2a、2bの電源電圧Vcc2とが
異なった場合、あるいは異ならせた場合の動作波形図で
ある。
同図に示したように、コンパレータの出力端子から正入
力端子と負入力端子にフィードバック用バッファ4を介
して互いに位相反転した正帰還電圧を与えることにより
、同図(b)のように入力1.入力2の基準電圧である
Vcclの電圧レベルにかかわりなく、両者の信号波形
が交叉する点でコンパレータの動作点が設定される。
したがって、コンパレータの出力端子には、同図(a)
のようにデユーティ比50%の2値化信号が得られる。
これにより、センサー側の電源電圧を高くしてその出力
を大きくすると共に波形整形処理回路(コンパレータ)
側の電源電圧を低くすることで、該波形処理回路の消費
電力を小さくし、小型化することが可能となる。 また
、MRセンサーの抵抗値を小さくすることには限界があ
るので、MRセンサーの出力電流を小さくするために該
MRセンサー全体の電圧を低く設計するような場合には
、MRセンサー側の電源電圧よりも波形処理回路側の電
源電圧が高いものとなる。
なお、上記第1図の実施例では、コンパレータ2a、2
bをオープンコレクタ形の比較回路で構成し、波形処理
回路の電源電圧Vccを出力端子に印加するプルアップ
電圧としてこのプルアップ電圧とMRセンサーの電源電
圧とが相違するものとして説明したが、プッシュプル構
成の比較器を用いた場合には、該比較器の電源電圧がM
Rセンサーの電源電圧が違うことによる出力波形の歪が
本発明によって解消されることになる。
上記のように、MRセンサー側と波形処理回路側の電源
電圧が異なっても、本実施例によれば波形歪のない検出
出力が得られる。
このように、本実施例によれば、MRセンサを構成する
センサブリッジの電源電圧と波形整形回路の電源電圧の
大きさ、あるいは変動にかかわらず、ロークリエンコー
ダとしての所望の2値化検出信号を得ることができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、波形整形手段の
出力側からその2つの入力側に対して、位相が反転する
同大の電圧を同時に正帰還させる帰還手段を設けること
で、MRセンサと波形整形手段の各電源電圧の大きさ、
変動、あるいは波形整形手段の回路特性の相違にかかわ
らず、所望の2値化検出信号を得ることができるローク
リエンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明する構成図、第2図と
第3図は第1図の動作を説明する波形図、第4図は本発
明の詳細な説明する構成図、第5図は従来のこの種のロ
ータリエンコーダの信号処理回路の説明図、第6図は第
5図の動作波形図、第7図はセンサブリッジとコンパレ
ータの電源電圧が異なる場合の動作波形図、第8図はM
Rセンサの実際の1相分の出力波形図である。 3.44−・−フィードバック用バッファ4を構成する
インパーク、Rla、R2a、Rlb、R2b、R9,
RIO・−・ 抵抗、R5,R6,R7゜R8・−・ 
コンパレータ2a、2bの帰還抵抗、A・−人相出力端
子、B−・・ B相出力端子。 1 a、1 b−・−A相MRセンサ、B相MRセンサ
、10 a、  10 b−センサブリッジ、Pl。 R2とR3,R4−センサブリッジ10a、10bの平
衡点、AI、A2−・・ A相MRセンサ1aの出力端
子、B 1 、 B 2−B相MRセンサ1bの出力端
子、2 a 、  2 b−−’:Jンパレータ、4−
・ フィードバック用バッファ、41.42.4第 図 第 図 第 図 第6図 第 図 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. スケールとの相対的移動を検出して第1検出信号を出力
    する第1検出手段と、該第1検出手段が出力する第1検
    出信号に対して180度の電気角度をもつて第2検出信
    号を出力し、前記スケールとの相対的移動を検出する第
    2検出手段と、該第2検出手段と前記第1検出手段とか
    ら出力される前記第1および第2検出信号に基づいた値
    が供給される互いに逆極性動作をさせるための第1およ
    び第2入力端子を有し、当該第1および第2入力端子に
    供給された前記第1および第2検出信号が交叉すべき動
    作基準値を出力する比較手段と、該比較手段が出力した
    2値化手段に基づいて、当該2値化信号と同位相および
    逆位相の一組の2値信号を所定の帰還定数で伝達すると
    共に、緩衝された第1および第2正帰還信号を出力する
    第1および第2接続手段と、該第1および第2接続手段
    からの前記第1および第2正帰還信号に基づいて前記比
    較手段の前記判定動作の中心値を一対のヒステリシス条
    件を設定することで前記動作基準値に導いて、前記2値
    化信号を得る波形整形手段と、を有することを特徴とす
    るエンコーダ装置。
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