KR20030062233A

KR20030062233A - 신호 회로가 내장된 인코더

Info

Publication number: KR20030062233A
Application number: KR1020027014865A
Authority: KR
Inventors: 존슨데이빗비; 차일즈딘비; 엘제이제임스에이; 테이버티모티에이
Original assignee: 보우린스, 인크.
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2003-07-23
Also published as: EP1284007A2; US6462677B1; WO2001086679A2; US6661354B2; TW504721B; JP2004509320A; KR100781954B1; US20020196162A1; CN1427999A; WO2001086679A3; AU2001259375A1

Abstract

본 발명은 장치 입력의 기계적인 이동을 특정 용도에 적용될 수 있는 신호로 변환하는 일체형 디지털 전자식 인코더를 제공한다. 인코더 및 관련 신호 조절/처리 회로는 특정 응용 분야에 조립이 용이하도록 또 신뢰성을 높이기 위해 단일 유닛으로서 함께 내장된다. 일체형 디지털 전자식 인코더는 실질적으로 서로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주표면을 갖는 기판과, 이 기판의 제1 주표면 상에 형성된 디지털 인코더를 포함하고 있다. 인코더는 구동축을 포함하며, 또 인코더는 구동축의 이동에 응답하여 전기 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 전자 회로는 양호하게는 표면 실장 기술을 사용하여 기판의 제2 주표면에 부착되어 있다. 전자 회로는 디지털 인코더와 전기적으로 접속되어, 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리한다. 전자 회로는 일체형 디지털 인코더에 다중 기능 능력을 제공하기 위해 프로그램가능 논리부를 포함하고 있다. 전자 회로는 또한 프로그램가능 논리부에 공급되는 전원을 조절하기 위한 관리 전원 회로 및 통신 인터페이스로서의 출력 회로도 포함하고 있다.

Description

신호 회로가 내장된 인코더{ENCODER WITH EMBEDDED SIGNAL CIRCUITRY}

기계적인 각도 위치, 또는 기계적인 선형 위치를 디지털 출력으로 변환시키는 데는 여러가지 방식들이 존재한다. 가장 간단한 변환기로는 전위차계가 있으며, 이는 저항 분배기(resistive divider)로서 작용하여 위치를 출력 전압으로 변환시킨다. 그 다음에 전위차계로부터의 아날로그 출력은 필요한 경우 디지털 형식으로 변환될 수 있다. 이산적인 계단들(discrete steps)로 이루어진 출력 신호를 생성하는 데 다점 스위치(multiposition switch)가 사용될 수 있다.

보다 최근에는, 마이크로프로세서 기반 장비와 함께 사용되는 디지털 증분형 인코더(incremental encoder)가 등장하였다. 대표적인 디지털 인코더는 90도 위상 천이를 갖는 한쌍의 구형파 패턴을 생성하도록 구성되어 있는 하나 이상의 트랙 및 센서를 포함하고 있다.

전기식 인코더는 당업계에 공지되어 있는 것으로서, 그 전형적인 일례인 회전식 인코더가 Froeb 등의 미국 특허 제4,599,605호에 기술되어 있다. 이러한 장치들은 사전 선택된 디지털 신호를 펄스열 등의 형태로 작성하기 위한 도체패턴(conductive pattern)이 형성되어 있는 기판을 둘러싸고 있는 하우징을 포함하는 것이 일반적이다. 축에 의해 회전되는 회전자는 회전할 때 도체 패턴과 전기적으로 상호 접속되어 있는 회전 요소를 가지고 있어, 기판 상의 도체 패턴에 의해 정의된 디지털 특성을 갖는 전기 신호를 발생한다. 예를 들어, 회전자는 회전할 때 도체 패턴과 기계적 접촉을 이루어 전기 신호를 발생하는 회전 접촉 요소를 가질 수 있다. 기타 인코더에서는, 비접촉식 회전자가 사용된다. 비접촉식 회전자는 예를 들면 자기식, 광학식 또는 전기 용량식(capacitive)일 수 있다.

어떤 인코더들은 회전자가 아닌 슬라이더를 사용하여 선형 이동을 사전 선택된 디지털 신호로 변환시키며, 이 또한 당업자라면 잘 알고 있는 것이다.

본 발명은 기계적인 각도 이동이나 위치, 또는 기계적인 선형 이동이나 위치를 디지털 전기 출력으로 변환시키는 전기식 인코더에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 회로가 내장된 인코더의 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따라 구성된 회로가 내장된 인코더의 하측면을 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 인코더의 상면도이다.

도 4는 도 2에 도시된 인코더의 측면도이다.

도 5는 도 2에 도시된 인코더의 정면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 일체형 인코더를 구현한 전자 장치의 개략도이다.

도 7은 본 발명에 따른 일체형 인코더를 구현한 다른 전자 장치의 개략도이다.

본 발명은 장치 입력인 기계적인 이동을 특정 목적에 적용할 수 있는 신호로 변환시킨다. 본 발명에 따르면, 인코더 및 부속된 신호 조절/처리 회로는 특정 용도로의 조립이 간단하도록 또 신뢰성을 높이기 위해 단일 유닛으로서 함께 내장되어 있다.

본 발명은 실질적으로 서로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주표면을 갖는 기판, 및 이 기판의 제1 주표면 상에 형성된 디지털 인코더를 포함하는 일체형 디지털 전자식 인코더이다. 이 인코더는 구동축(actuation shaft)을 포함하며, 또 이 인코더는 구동축의 이동에 응답하여 전기 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 전자 회로가 상기 기판의 제2 주표면에 부착되며, 이 때 표면 실장 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 전기 회로는 디지털 인코더와 전기적으로 접속되어 인코더에 의해 발생된 신호를 처리하고, 또 프로그램가능 논리부를 포함하는 것이 바람직하다.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 구성된 일체형 인코더 장치의 특정 실시예가 기능 블록도 형태로 도시되어 있다. 이 일체형 인코더 장치는 전원 입력부(21)를 통해 입력 전원을 받아서 관리 전원 보호 요소(supervisory power supply protection component)(23)로 보낸다. 관리 전원 보호 요소(23)는 몇개의 개별 소자들을 포함할 수 있고, 이들 개별 소자들은 전원을 조정하여 안정되고 깨끗한 전원을 제공하며, 전원을 필터링하여 고주파 노이즈를 제거하고 전자 회로의 다른 소자들을 전압 스파이크로부터 보호하며, 또 회로의 기타 소자들을 적절히 기동시키기 위한 리셋 기능을 제공한다.

입력 장치(25)는 본 발명에 따라 구성된 일체형 장치에 기능 입력을 제공한다. 특히, 양호한 입력 장치는 디지털 인코더이다. 디지털 인코더는 그의 설계에 따라 인코더 신호를 생성하며, 이것은 당업자라면 잘 이해할 것이다. 예를 들어, 2 비트 그레이 코드 인코더나 8 비트 그레이 코드 인코더 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

프로그램가능 논리부(27)는 관리 전원 보호 요소(23)로부터 전원을 받고, 또 디지털 인코더 입력 장치(25)로부터 인코더 신호를 수신한다. 프로그램가능 논리부(27)는 인코더 신호에 신호 조절 기능 및 신호 처리 기능을 수행한다. 프로그램가능 논리부는 양호하게는 장치 제조업자에 의해 또는 그 장치를 이용하는 장비의 제조업자에 의해 그 적용 분야에 적합한 기능을 수행하도록 프로그램될 수 있다. 프로그램가능 논리부는 일회 프로그램가능하거나 또는 반복 프로그램가능한 것일 수 있다. 논리부는 RISC형 제어기와 같은 프로그램가능 마이크로제어기일 수 있다. 프로그램가능 논리부는 다른 외부의 장치들에서 사용하기 적합한, 조절/처리된 신호들을 생성한다.

출력 기능 변환기(29)는 프로그램가능 논리부에 의해 발생된, 조절/처리된 신호들을 다른 장치들에 적용가능하게 하는 출력 인터페이스를 제공한다.

본 발명에 따르면, 기계적인 선형 또는 회전 이동을 디지털 전자 신호로 변환시키는 인코더가 인코더의 동작과 관련한 신호 처리 기능 및 다른 기능들을 수행하는 프로그램가능 논리부와 같은 회로와 일체형 유닛으로서 형성되어 있다. 양호하게는, 프로그램가능 논리부(27)는 인코더(25) 자체와 동일한 전자 보드 또는 기판에 부착되어 있다.

본 발명에 따라 구성된 일체형 인코더 장치(30)의 특정 실시예가 도 2 내지 도 5에 도시되어 있다. 먼저, 도 2를 참조하면, 일체형 인코더 장치(30)는 그의 아래쪽에서 바라본 사시도로서 도시되어 있다. 일체형 인코더 장치(30)는 상부 주표면과 하부 주표면을 갖는 회로 보드를 포함하는 기판(31)상에 탑재된 인코더부(25)를 포함하고 있다.

회로 보드 기판(31)은 PCB FR-4와 같은 종래의 회로 보드 물질로 형성되고, 다층으로 되어 있다. 회로 보드 기판(31)은 그의 양쪽 주표면 상에 회로(도시 생략)를 포함하고 있으며, 중간층(들)(도시 생략)은 당업자라면 잘 알고 있는 방식으로 특정 적용 분야에 적합한 표면 회로를 상호 접속시키는 회로를 포함하고 있다.

회로 보드 기판(31)의 상부 주표면은 인코더(25)를 포함하는 반면, 기판(31)의 하부 주표면은 인코더(25)의 위치 및 이동을 소정 전기 신호로 변환시켜 인코더 출력 신호를 생성하는 회로를 포함하고 있다. 인코더 출력 신호를 생성하는 회로는 실질적으로 종래의 인코더 설계를 가질 수 있으며, 이는 당업자라면 잘 알고 있는 것으로서 여기에서 상세히 설명하지 않는다.

예를 들어, 인코더(25)는 당업계에 잘 알려져 있는 임의의 종래 형태의 것일 수 있다. 예를 들어, Nakamura 등의 미국 특허 제4,443,670호 및 Brown 등의 미국 특허 제5,017,741호를 참조하기 바라며, 이들 특허는 여기에 인용함으로써 그 전체 내용이 본 명세서에 포함된다. 이들 종래의 설계에 따르면, 인코더(25)는 일반적으로 회전자(도시 생략)를 포함하며, 이 회전자의 하부면에는 복수의 전기 접촉 핑거(electrical contact finger)(도시 생략)가 부착되어 있다. 이들 접촉 핑거는 기판의 상부면상에 형성된 도체 소자(도시 생략)와 전기적으로 접촉되어 있다. 도체 소자들은 입력 링(input ring) 및 출력 링(output ring)을 포함할 수 있다. 접촉 핑거는 입력 링과 출력 링 사이에서 전기 신호를 전송한다. 도체 소자들은 회전자가 회전할 때 발생되는 소정의 전기 신호를 생기게 하는 패턴으로 형성되어 있다. 구동축(33)은 회전자에 부착되어 그로부터 축방향으로 뻗어 있다. 구동축(33)에 의해 사용자는 인코더(25)에 입력(회전 방향 및 축방향)을 할 수 있다.

당업자라면 여러가지 비접촉식 인코더 설계도 기판 회로 보드의 상부면에 적용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 전형적인 비접촉식 인코더 설계로는 자기식, 광학식 또는 전기 용량식 구현예가 있으며, 이들은 당업자라면 잘 알고 있는 것들이다.

계속하여 도 2 내지 도 5를 참조하면, 하우징(35)은 일체형 인코더 장치(30)의 상부 인코더 부분(25)을 둘러싸고 있다. 하우징(35)은 상측으로 뻗어 있는 속이 빈 원통형 결합부(37)를 포함하고 있다. 인코더(25)의 구동축(33)은 속이 빈 원통형 결합부(37)를 통하여 뻗어 있다. 속이 빈 원통형 결합부(37)의 외부에는 나사가 형성된 콘솔이나 유사한 장치 탑재 구조물(도시 생략)에 부착될 수 있도록 맞물리는 나사가 형성되어 있을 수 있다. 하우징의 상부면도 또한 외부에 나사가 형성된 부분(41)을 포함하여, 일체형 인코더를 콘솔이나 유사한 탑재 구조물에 부착하기 위한 부가의 옵션을 제공할 수 있다.

이제부터 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 하우징(35)의 하부 부분은 특정 적용 분야에서 일체형 인코더 장치(30)를 탑재하는 데 사용될 수 있는, 아래쪽으로 뻗어 있는 탑재용 피트(mounting feet)(43)를 포함하고 있다. 예를 들어, 피트(43)는 일체형 인코더 장치(30)가 그의 동작 환경에서 제위치에 있도록 탑재면(도시 생략)과 접할 수 있다. 어떤 구현예 또는 실시예에서, 개구들(도시 생략)이 피트(43)를 관통하게 제공되어 탑재용 나사 또는 다른 부착 장치들(도시 생략)이 하우징을 관통하게 삽입될 수 있게 함으로써, 일체형 인코더 장치(30)를 탑재 구조물에 고정시킬 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 하나 이상의 회로 소자(45)가 기판(31)의 하부 주표면상(인코더 탑재의 반대쪽)에 탑재되어 있다. 회로 소자(45)는 관리 전원 보호부(23), 프로그램가능 논리부(27) 및 출력 변환기(29)를 포함하고 있다. 어떤 소자들은, 인코더 패턴이 방해가 되지 않는 한, 기판의 상부 주표면 상에서 인코더(25)와 나란히 탑재될 수 있다. 그렇지만, 예시한 실시예에서, 기판의 상부면은 인코더(25)만을 포함하고 있다.

프로그램가능 논리부(27)은 당업자라면 잘 알고 있는 수많은 종류의 장치들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 프로그램가능 논리부는 인코더에 의해 발생된 신호들을 처리하는 회로를 갖는 주문형 반도체(ASIC)를 포함할 수 있다. 이러한 회로는 신호 필터와 같은, 인코더 신호들을 변경 또는 조절하는 회로를 포함할 수 있다. 이러한 신호 필터는 당업자라면 잘 알고 있는 디바운스 회로(de-bounce circuit)를 포함할 수 있다. 논리부의 회로는 또한 축의 회전 각도 및 회전 방향을 식별하거나 또는 인코더 축이 조작되는 속도를 검출하기 위한 신호 변경 수단(signal modifier)을 포함할 수 있다. 회로는 또한 축의 특정한 회전 이동 또는 축방향 이동에 응답하여 다수의 기능들로의 접근을 제공할 수 있다. 기능들의 하드웨어 또는 소프트웨어 키잉이 가능하게 하거나 또는 내장 기능들 및 옵션들의 인에이블 또는 디스에이블을 위한 부가의 기능들이 제공될 수 있다. 게다가, 프로그램가능 논리부는 양호하게는 회로에 요망되는 특정 작업들을 달성하도록 프로그램하기 위한 메모리를 포함하고 있다. 메모리는 일체형 논리 장치 상에 포함되거나 별도의 장치일 수 있다. 메모리는 일회 프로그램가능한 것이거나 반복 프로그램가능한 것일 수 있다. 따라서, 메모리는 EPROM 또는 EEPROM 장치를 포함할 수 있다. 특정의 양호한 실시예에서, 논리부는 메모리가 내장된 RISC(Reduced Instruction Set Controller)형 마이크로프로세서와 같은 프로그램가능 마이크로프로세서에 제공되어 있다. 그 대신에, 프로그램가능 논리 어레이 및 다른 프로그램가능 장치가 포함될 수 있다.

종래의 MC 14490 장치에 들어 있는 회로와 유사한 디바운스 회로, 적용 분야별 디코드 논리부, 및 본 발명의 이전에는 각기 다른 개별 장치에서 수행되었던 기타 기능들이 프로그램가능 논리부 또는 마이크로프로세서에 일체로 될 수 있다.

프로그램가능 논리부가 인코더(25)로부터의 신호들을 해석하는 방법을 변경하여 인코더(25)에 의해 공급되는 주어진 입력에 대해 출력 변환기(29)(도 1)에 서로 다른 출력을 제공할 수 있도록 프로그램가능 논리부(27)를 프로그램할 수 있다. 여기에 예시하고 설명한 일체형 장치(30)는 프로그램가능 논리부가 인코더(25) 자체의 구동축(33)을 조작함으로써 재프로그램될 수 있도록 프로그램될 수 있다는 이점이 있다. 예를 들어, 프로그램가능 논리부는 어떤 동작 모드들에서 구동축(33)의 특정 조작에 응답하여 인코더(25)에 의해 생성된 신호들이 동작 모드의 선택 또는 신호 처리 기능의 특정 성능 특징을 조정하는 것과 같은 프로그램가능 논리부의 기능들을 변경하도록 프로그램될 수 있다.

프로그램가능 논리부 또는 마이크로프로세서(27)는 표면 실장 기술을 사용하여 기판(31)의 하부 주표면 상에 탑재되는 것이 바람직하다. 표면 실장에 의하면, 전기 핀들이 기판을 관통하여 돌출하지 않게 된다. 기판 보드의 양측면상에 전자 장치를 설치할 수 있도록 하기 위해, 다층의 내장된 전기 회로를 갖는 다층 기판이 이러한 표면 실장 기술과 함께 사용될 수 있다. 회로 보드 기판의 하부 주표면 상의 회로는 따라서 표면 실장 패드(도시 생략)를 포함하고 있다. 따라서, 인코더(25) 및 프로그램가능 논리부(27)는 단일 회로 보드 기판(31)의 서로 반대쪽에 있는 주표면들 상에 탑재될 수 있다.

부가의 전자 장치들(45)이 회로 보드 기판(31)의 하부 주표면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 관리 전원 보호 기능 및 출력 변환기 기능이 프로그램가능 논리부(27)에 일체로 되어 있지 않은 경우, 이들 기능을 수행하는 장치들은 회로 보드 기판의 하부면에 별도로 부착될 수 있다.

일체형 디지털 인코더 장치(30)는 복수의 입/출력 핀(47)을 포함하고 있다. 입/출력 핀(47)은 회로 보드 기판(31)의 한쪽 모서리의 수평 연장부(49)로부터 수직으로 뻗어 있다. 도 2 내지 도 5에 도시한 예시된 실시예에서, 입/출력 핀(47)은 각종 외부 장치들이 부착될 수 있는 전기 접속부를 제공하는 가늘고 긴 수직의 금속 실린더이다. 회로 보드 기판(31)상에 탑재된 입/출력 핀(47), 프로그램가능 논리부(27), 디지털 인코더(25) 및 기타 회로 소자들(45) 사이에서 전원 및/또는 신호를 전도하는 회로는 회로 보드 기판의 주표면에 부착되거나 또는 회로 보드 기판의 중간층 내에 내장될 수 있다. 이러한 회로를 회로 보드 기판상에 형성하는 것은 당업자라면 잘 알고 있는 것이다. 또한, 당업자라면, 다른 형태의 입/출력 접점들이 회로 보드 기판상에 제공될 수 있다는 것도 잘 알 것이다.

디지털 인코더는 각종 응용 분야에서 사용되고 있다. 흔히 볼 수 있는 한 응용 분야로는 라디오 등의 오디오 장치의 볼륨 조절기가 있으며, 여기에서는 축(33)의 회전 위치가 특정 볼륨 레벨로 변환된다. 이러한 응용 분야에서는, 절대적 인코더(absolute encoder)가 가장 적합할 수 있으며, 축(33)의 특정 회전 위치는 항상 특정 볼륨 레벨을 지시하는 것과 같은 특정 신호와 관련되어 있다. 많은 이러한 응용 분야에서, 축(33)은 또한 오디오 장치의 온/오프 스위치로서도 기능할 수 있다. 예를 들어, 축(33)을 축방향으로 짧게 누르면 오디오 장치를 온 또는 오프시킨다. 다른 응용 분야에서, 인코더(25)의 축(33)을 누르는 것이 여러가지 상황에서 각기 다른 결과를 가져올 수 있다. 예를 들어, 축(33)을 누른 직후 바로 놓는 동작이 온/오프 스위치로서 기능하거나 장치를 여러가지 동작 모드들 사이에서 절환시킬 수 있는 반면, 축을 누른 위치에 장시간 두면 사용자가 선택할 수 있는 옵션들의 메뉴에 접근할 수 있다. 따라서, 하나의 회전식 조절기가 다수의 기능들로의 메뉴 접근을 제공할 수 있게 되어, 다수의 별개의 조절기가 필요하지 않게 된다. 예를 들어, 오디오 장치 상의 하나의 회전식 조절기는 트레블(treble) 및 베이스(bass) 조절과 밸런스(balance) 및 페이드(fade) 조절은 물론, 전원 온/오프 및 볼륨 조절을 제공하도록 본 발명을 사용하여 프로그램될 수 있다. 인코더 축(33)의 조작에 응답하여 제공되는 기능들은 일체형 인코더 장치(30)에 포함된 프로그램가능 논리부에 의해 결정된다.

어떤 다른 적용 분야에서는, 상대적 인코더(relative encoder)가 적합하다. 상대적 인코더는 회전자 축의 상대적 이동을 나타내는 신호를 발생한다. 또한번 말하면, 제공되는 기능들은 일체형 인코더 장치(30)에 포함된 논리부에 의해 결정된다.

본 발명의 일체형 인코더 장치(30)의 2개의 전형적인 상세한 구체 실시예가 특정 응용 분야에 대해 도 6 및 도 7의 회로도에 예시되어 있다.

도 6에 예시된 실시예는 모터 제어기 펄스폭 변조기이다. 도 6의 모터 제어기 펄스폭 변조기 실시예는 전원 조정기(51), 전원 필터(53), 및 제어기 리셋(55)을 포함하는 관리 전원 보호부를 포함한다. 회전식 디지털 인코더(25)는 입력 데이터를 프로그램가능 RISC형 마이크로프로세서(27)에 제공한다. 프로그램가능 마이크로프로세서(27)는 인코더(25)로부터 출력된 신호들에 신호 조절 기능 및 처리 기능을 적용하도록 구성되어 있다. 마이크로프로세서로부터의 처리된 신호들은 출력 장치(Q1) 및 모터 인터페이스 소자(59)로 출력된다. 모터(도시 생략)는 인터페이스 소자(59)에 부착될 수 있다.

인코더(25)는 회로 보드(31)(도 2)의 한쪽 표면(예를 들어, 상부면)상에 형성되는 반면, 프로그램가능 마이크로프로세서(27) 및 기타 회로 소자들은 회로 보드의 다른쪽 표면(예를 들어, 하부면)상에 탑재된다. 소자들간의 접속 회로는 회로 보드(31)의 표면상에나 또는 중간층들에 형성된다. 접촉 패드(P1, P2, P3, P4, P5)는 도 2 내지 도 5에 예시된 실시예의 입/출력 핀(47)과 같은 입/출력 핀에 접속되어 있다. 당업자라면, 전압 레벨(VCC) 및 접지는 회로 보드 상이나 회로 보드 내부의 전기 배선(electric trace)에 의해 각기 다른 회로 소자들에 분배되고 있다는 것을 잘 알 것이며, 그렇지만 도 6에서는 도시하지 않았다.

이상 기술한 바와 같이, 도 1에 개념적으로 예시된 일체형 장치는 전원 입력부(21)를 통해 전원을 받는다. 관리 전원 보호부는 적절한 전원 레벨이 그 장치의 기타 소자들에 인가되도록 하고, 고주파 노이즈를 전원으로부터 제거하며, 단기간의 전압 스파이크를 완화시키는 데 도움을 주며, 또 제어기 리셋 기능을 제공한다.

도 6에 예시한 구체예에서, V+ 전원은 인터페이스 소자(59)를 통해 공급된다. 전원은 예를 들어 +6vdc 내지 +30vdc의 입력 전압일 수 있다. LM3480 전원 조정기(51)(또는 등가물)는 V+ 전원을 장치의 기타 소자들이 요구하는 TTL 또는 CMOS 레벨로 변환한다. 전원 조정기(51)는 안정되고 "깨끗한" 전압(Vcc)을 제공한다. LM3480 전원 조정기는 National Semiconductor Corp.를 포함한 많은 제조원으로부터 시판되고 있다.

관리 전원 보호부에 있는 전원 필터(53)는 전원에 존재할 수 있는 고주파 노이즈를 제거하고 심지어는 전원 조정기의 출력으로부터도 제거한다. 전원 필터(53)는 또한 자동차 및 산업 응용 분야와 같은 어떤 응용 분야에서 사용되는전원에서 발견될 수 있는 단기간의 전압 스파이크로부터 장치의 전자 회로를 보호하는 데도 도움이 될 수 있다. 커패시터는 전원 필터로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 예시한 구체 실시예를 참조하면, 마이크로프로세서의 전원 입력에 접속된 커패시터(C3)는 전원 필터로서 기능한다.

제어 또는 리셋 소자(55)에 의해 마이크로프로세서의 논리부 및 프로세서부를 적절히 기동시킬 수 있다. 도 6에 예시한 특정 실시예에서, 제어 및 리셋 소자(55)는 마이크로프로세서(27)의 MCLR/VPP 입력에 접속되고 또 터치 패드, 즉 접촉 패드(P3)에 접속되어 있는 저항(R1) 및 커패시터(C1)로 이루어진 R-C 회로망을 포함한다.

디지털 인코더(25)는 인코더 축(33)(도 2)의 이동에 응답한 신호를 마이크로프로세서(27)에 제공한다. 도 6에 예시된 특정 장치는 8개의 신호선을 내는 8 비트 그레이 코드 절대적 인코더를 포함하고 있다. 인코더는 예를 들어 미국 캘리포이나주 리버사이드 소재의 Bourns, Inc.에 의해 제조 및 시판되는 ACE-128 접촉식 인코더와 실질적으로 동일하도록 설계될 수 있다. 그렇지만, 당업자라면, 요구되는 정보에 따라 여러가지 종류의 인코더 설계가 일체형 장치(30)내에 포함될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

마이크로프로세서(27)는 프로그램되어 있는 신호 처리 기능들을 수행하여 핀(RC2/CCP1)에 출력을 생성한다. 마이크로프로세서에 의해 생성된 신호는 출력 인터페이스(Q1)로 보내지고 이어서 출력 장치(59)를 구동한다. 도 6에 예시된 특정 응용 분야에서, 모터는 출력 장치의 6번 핀에 부착될 수 있다. 출력 장치의 6번 핀은 회로 보드(31)(도 2)를 통해 입/출력 핀(47) 중의 하나에 접속되어 외부와의 접속할 수 있다. 쇼트키 다이오드(Q3)는 플라이백 전압을 클램핑하기 위해 외부 회로에 포함되어 있으며, 이는 당업자라면 잘 알고 있을 것이다. 이와 더불어, 출력 인터페이스(Q1), 쇼트키 다이오드(Q3) 및 출력 장치(59)는 도 1에 도시된 출력 변환기(29)를 형성한다. 입/출력 기능들에 대한 상세한 것은 그 장치가 설치되어 있 응용 분야에 따라 다르다. 당업자라면, 여러가지 종류의 장치들이 구동될 수 있음을 잘 알 것이며, 또한 인코더로부터의 처리된 신호들이 이들 여러가지 종류의 장치들에 적용될 수 있는 방식도 잘 알 것이다.

도 7에 예시된 실시예는 산업 표준인 비동기 RS232C 통신 인터페이스(63)에서 적절히 조절 및 처리된 신호들의 외부 출력을 제공한다.

도 7의 실시예는 전원 조정기(51), 전원 필터(53), 및 제어기 리셋(55)을 포함하는 관리 전원 보호부를 포함하고 있다. 회전식 디지털 인코더(25)는 입력 데이터를 프로그램가능 RISC형 마이크로프로세서(27)에 제공한다. 마이크로프로세서(27)는 또한 관리 전원 보호 요소(51, 55)로부터 전원을 수신한다. 프로그램가능 마이크로프로세서(27)는 신호 조절 기능 및 처리 기능을 제공하도록 구성되어 있으며, 이들은 마이크로프로세서로부터 RS232C 통신 인터페이스 출력 장치(또는 그 등가물)로 출력된다.

V+ 전원은 인터페이스로부터 공급되며, 이 특정 실시예에서 이 인터페이스는 RS232C 통신 인터페이스용 전하 펌프(61)이다. LM3480 전원 조정기(51)(또는 그 등가물)은 V+ 전원을 그 장치의 기타 소자들이 요구하는 TTL 또는 CMOS 레벨로 변환하여, 안정되고 "깨끗한" 전압(Vcc)을 제공한다.

관리 전원 보호부의 전원 필터는 전원에 존재할 수도 있는 고주파 노이즈를 제거하고 심지어는 전원 조정기의 출력으로부터도 제거한다. 전원 필터는 또한 자동차 및 산업 응용 분야와 같은 어떤 응용 분야에서 사용되는 전원에서 발견될 수 있는 단기간의 전압 스파이크로부터 장치의 전자 회로를 보호하는 데도 도움이 될 수 있다. 전원 조정기(51)의 출력에 접속된 커패시터(C3)는 이 실시예에서 전원 필터로서 기능한다.

제어 또는 리셋 소자(55)에 의해 마이크로프로세서의 논리부 및 프로세서부를 적절히 기동시킬 수 있다. 도 7에 예시한 특정 실시예에서, 제어 및 리셋 기능 소자(55)는 마이크로프로세서의 MCLR/VPP 입력에 접속되고 또 터치 패드, 즉 접촉 패드(P3)에 접속되어 있는 저항(R1) 및 커패시터(C1)로 이루어진 R-C 회로망을 포함한다.

디지털 인코더(25)는 인코더 축(33)(도 2)의 이동에 응답한 신호를 마이크로프로세서(27)에 제공한다. 예를 들어, 도 7에 예시된 실시예의 인코더는 미국 캘리포이나주 리버사이드 소재의 Bourns, Inc.에 의해 시판되는 2 비트 그레이 코드 디지털 접촉식 인코더와 실질적으로 동일할 수 있는 증분형 인코더(incremental encoder)이다. 그렇지만, 당업자라면, 인코더로부터 요구된 정보에 따라 여러가지 종류의 인코더 설계가 일체형 장치내에 포함될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

마이크로프로세서(27)는 프로그램되어 있는 신호 처리 기능들을 수행하면서 핀(RB4, RB5)을 통해 비동기 RS232C 통신 인터페이스(63)와 인터페이스한다. 입/출력 기능들에 대한 상세한 것은 그 장치가 설치되어 있는 응용 분야에 따라 다르다. 당업자라면, 여러가지 종류의 장치들이 RS232C 통신 인터페이스로부터 구동될 수 있음을 잘 알 것이며, 또한 인코더(25)로부터의 처리된 신호들이 이들 여러가지 종류의 장치들에 적용될 수 있는 방식도 잘 알 것이다. 게다가, 당업자라면, 여러가지 종류의 통신 인터페이스들이 RS232C 인터페이스 대신에 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

이상 특정 실시예들에서 본 발명에 대해 기술하였지만, 전술한 바로부터 여러가지 변형례 및 수정례들을 당업자라면 용이하게 구상할 수 있다는 것은 명백하다. 이러한 변형례 및 수정례들도 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 간주되어야 하며, 본 발명은 이하의 청구항들에 의해서만 한정된다.

Claims

하우징,

기계적인 이동을 디지털 전기 신호로 변환시키는 인코더로서, 이 디지털 전기 신호가 나오는 출력 단자를 갖는 인코더,

서로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주표면을 갖는 기판 - 상기 인코더는 상기 기판의 제1 주표면 상에 탑재되어 있음 -, 및

상기 기판의 제2 주표면 상에 탑재되어 있고, 상기 인코더의 출력 단자에 전기적으로 접속되어 있는 적어도 하나의 프로그램가능 전자 장치를 포함하는 전자 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로그램가능 전자 장치는 상기 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리하도록 구성되어 있는 신호 처리기를 포함하는 것인 전자 장치.
제1항에 있어서, 상기 프로그램가능 전자 장치는 프로그램가능 제어기를 포함하는 것인 전자 장치.
제3항에 있어서, 상기 프로그램가능 제어기는 상기 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리하도록 프로그램되어 있고,

상기 프로그램가능 제어기는 상기 인코더에 의해 생성된 전기 신호들이 상기 프로그램가능 제어기에 의해 수행되는 신호 처리를 선택적으로 변경할 수 있도록 추가로 프로그램되어 있는 것인 전자 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자 장치는,

신호 처리 기능들을 수행하는 프로그램가능 전자 장치, 및

전원 조정기를 포함하는 것인 전자 장치.
제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자 장치는 통신 인터페이스 회로를 더 포함하는 것인 전자 장치.
실질적으로 서로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주표면을 갖는 기판,

상기 기판의 제1 주표면 상에 형성되고, 구동축을 포함하며, 또 상기 구동축의 이동에 응답하여 전기 신호를 발생하도록 구성된 디지털 인코더, 및

상기 기판의 제2 주표면에 부착되어 있고, 상기 디지털 인코더에 전기적으로 접속되어 있는 프로그램가능 전자 회로를 포함하는 일체형 디지털 전자식 인코더.
제7항에 있어서, 상기 인코더는 상기 구동축의 회전 이동 및 축방향 이동에 응답하여 전기 신호를 발생하도록 구성되어 있는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제8항에 있어서, 상기 프로그램가능 전자 회로는 상기 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리하도록 구성된 신호 처리기를 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제8항에 있어서, 상기 프로그램가능 전자 장치는 프로그램가능 제어기를 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제10항에 있어서, 상기 프로그램가능 제어기는 상기 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리하도록 프로그램되며,

상기 프로그램가능 제어기는 상기 인코더에 의해 생성된 전기 신호들이 상기 프로그램가능 제어기에 의해 수행되는 신호 처리를 선택적으로 변경할 수 있도록 추가로 프로그램되는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제8항에 있어서, 상기 전자 회로는,

신호 처리 기능들을 수행하는 프로그램가능 전자 장치, 및

관리 전원 회로를 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제12항에 있어서, 상기 전자 회로는 통신 인터페이스 회로를 더 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제8항에 있어서, 상기 디지털 인코더를 둘러싸고 있는 하우징을 더 포함하는 일체형 디지털 전자식 인코더.
제8항에 있어서, 상기 전자 회로는 상기 기판의 제2 주표면 상에 표면 실장되어 있는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
서로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주표면을 갖는 기판,

상기 기판의 제1 주표면 상에 형성되고, 입력 장치의 이동에 응답하여 전기 신호를 발생하도록 구성된 디지털 인코더, 및

상기 기판에 부착되어 있고, 관리 전원 처리 회로 및 상기 인코더에 의해 발생된 전기 신호들을 처리하는 논리 장치를 포함하는 전자 회로로서, 적어도 그 회로 일부가 상기 기판의 제2 표면에 부착되어 있는 전자 회로를 포함하는 일체형 디지털 전자식 인코더.
제16항에 있어서, 상기 관리 전원 처리 회로는 전원 조정기 및 전원 필터를 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제17항에 있어서, 상기 전원 필터는 커패시터를 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제16항에 있어서, 상기 논리 장치는 프로그램가능 논리 장치를 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제19항에 있어서, 상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 인코더에 의해 발생된 전기 신호들에 신호 처리 기능들을 수행하도록 프로그램되는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제20항에 있어서, 상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리하도록 프로그램되며,

상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 인코더에 의해 생성된 전기 신호들이 상기 프로그램가능 논리 장치에 의해 수행되는 신호 처리를 선택적으로 변경할 수 있도록 추가로 프로그램되는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제21항에 있어서, 상기 전자 회로는 통신 인터페이스 회로를 더 포함하는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제16항에 있어서, 상기 전자 회로는 상기 기판의 제2 주표면 상에 표면 실장되어 있는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
실질적으로 서로 반대쪽에 있는 제1 및 제2 주표면을 갖는 인쇄 회로 기판,

상기 기판의 제1 주표면 상에 형성된 디지털 인코더,

상기 인쇄 회로 기판의 제2 주표면 상에 표면 실장된 프로그램가능 논리 장치,

상기 인쇄 회로 기판의 제2 주표면에 부착되어, 상기 프로그램가능 논리 장치에 인가되는 전원을 조절하는 관리 전원 처리 회로, 및

상기 인쇄 회로 기판의 제2 주표면에 부착되어 상기 프로그램가능 논리 장치로부터 처리된 신호들을 수신하는 통신 인터페이스 회로를 포함하며,

상기 디지털 인코더는,

회전 및 축방향 이동을 갖는 구동축, 및

상기 인쇄 회로 기판의 제1 주표면 상에 형성되어, 상기 구동축의 회전 및 축방향 이동을 전기 신호로 변환하는 도체 소자들을 포함하고,

상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 인쇄 회로 기판을 통해 상기 디지털 인코더에 접속되어, 상기 디지털 인코더에 의해 발생된 전기 신호들을 수신하며,

상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 디지털 인코더에 의해 발생된 전기 신호들을 처리하도록 프로그램되는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.
제24항에 있어서, 상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 인코더에 의해 생성된 신호들을 처리하도록 프로그램되고,

상기 프로그램가능 논리 장치는 상기 인코더에 의해 생성된 전기 신호들이상기 프로그램가능 논리 장치에 의해 수행되는 신호 처리를 선택적으로 변경할 수 있도록 추가로 프로그램되는 것인 일체형 디지털 전자식 인코더.