TW200525131A - Position determining - Google Patents

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200525131 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 轉子之一位 一決定位置 本發明係關於一種用以決定一旋轉馬達之一 置之決定位置系統、決定位置方法以及包含此 系統之一光學或磁性驅動器。 【先前技術】 US-A-5,677,686揭示-種絕對位置㈣裝置，其包含用 以在-循環内產生一或多組正弦及餘弦波的正弦；餘二皮 產生器。-類比至數位轉換器將由該等正弦及餘弦波產生 器產生而進入的正弦及餘弦波轉換成數位值。—算術單元 依據來自該類比至數位轉換器之數位值而計算對偏移、振 幅及相位誤差之補償。該等類比至數位轉換器所提供的數 位值包括偏移誤差、一過大或過小的振幅以及二相位之間 的偏移US-A-5,677,686揭示該些誤差之一靜態及動態補 償0 ，項先前技術之第六個具體實施例中，依據偏移補償 資料2 sin(A0F)及c〇s(A〇F)，決定平方值R=sin2(卿) + COS (AOF)。在操作期間對此資料進行取樣，以提供一給 疋取樣計數之一最大值或一平均值。將90。之平方值與 270之平方值相比，並依據該些平方值之間的差而改變該 偏移補償值。例如，若9〇。之平方值之值小於27〇。之平方 值，則增加該偏移補償值直至該些平方值相等。 "在此項先刖技術之第七個具體實施例中，揭示使用該等 平方值之一振幅補償。該振幅補償值係一參考值之平方根 97619.doc 200525131 除以該等相等之平方值。此g生乂 此項先耵技術之第四個具體實施 例揭不该正弦及餘弦係藉由將原始正弦及餘弦乘^ 振幅值’再除以該振幅補償值而得到補償之—振幅。因 此，該正弦及餘弦係藉由將該原始正弦及餘弦乘以該 值之平方根而得到補償之振幅。 移術之一缺點係’當該馬達不旋轉時，該振幅偏 移補侦便漂移離開。 【發明内容】 本土明之一目的係提供一種即使在該馬達不旋轉時亦能 夠執行振幅偏移補償之決定位置系統。 本&月之帛一方面提供—種用以決定一旋轉馬之一 轉子位置之衫位置系統，該系統包含：感測構件 輕合至該轉子以回應該轉子之一旋轉而產生包含一正弦成 =一餘弦成分之-正交信號；以及計算構件，其係用以 异.⑴該正弦成分之一平方值與該餘弦成分之-平方值 之和’（η)-振幅校正因數，其係計算為該和之平方根， 以及㈣-振幅校正正弦成分’其係計算為該 ： 以該振幅校正因數，以及一振幅校正餘弦成分，其二 為忒餘弦成分除以該振幅校正因數。 本^明之-第_方面提供—種用以決旋轉馬達之一 轉子位置之決定位置方法，該方法包含：回應該轉子之一 旋轉而產生包含-正弦成分與—餘弦成分之—正交作號， 以及計算：⑴該正弦成分之一平方值與該餘弦成分2平 方值之和’（11)一振幅校正因數，其係計算為該和之平方 97619.doc 200525131 根’以及（iii) 一振幅枝^•、八 )1田仪正正弦成分，其係計算為該正弦成 f:以該振幅校正因數’以及-振幅校正餘弦成分，其係 計算為該餘弦成分除以該振幅校正因數。 本發明之一第三方面提供一種光學或磁性驅動器，其包 含：-拾取單元，其係用以從一光學或磁性媒體讀取及/ 或用以向-光學或磁性媒體寫入資訊；一具有轉子的旋轉 馬達；-齒輪箱，其係用以將該轉子之一旋轉運動轉換成 光學拾取單元之一線性運動· 逆動，以及一決定位置系統，其係 用以決定該轉子之位置，兮备处 μ糸、、先包έ :感測構件，其係耦 合至該轉子以回應該轉子之一旋轉而產生包含一正弦成分 ^餘弦成分之—正交信號’以及計算構件，其係用以計 异··⑴該正弦成分之-平方值與該餘弦成分之一平方值之 和’⑼一振幅校正因數，其係計算為該和之平方根，以 及⑽-振幅校正正弦成分’其係計算為該正弦成分除以 δ玄振幅校正因數，以及一脖碎 ^ 、田才乂正餘弦成分，其係計算為 该餘弦成分除以該振幅校正因數。 較佳的具體實施例係^義在中請專利範圍之附屬項中。 依據本發明之第-方面之決定位置系統決定一旋轉馬達 之一轉子位置。該決定位置系統以與先前技術中相同的方 式’回應該轉子之一旋轉而產生包含一正弦成分與一餘弦 成分之一正交㈣°只要該馬達在旋轉’該等正弦及餘弦 成分便係正弦波形信號。當該馬達不旋轉時，該等正弦及 餘弦成分便紐電(DC)位準。該決定位置系統將—振幅 杈正因數計算為該正弦成分之_平方值與該餘弦成分之— 97619.doc 200525131 平方值之和之平方根。該振幅校正正弦成分係該正弦成分 除以該振幅校正因數，而該振幅校正餘弦成分係該餘弦成 分除以振幅校正因數。 因此，對於每組正弦成分及餘弦成分值，均決定該平方 根。藉由將該等正弦及餘弦成分除以該平方根而獲得該振 幅杬正正弦及餘弦成分。因此，若該馬達不旋轉，該振俨 校正亦有效。相反，先前技術之振幅補償必須為能夠執^ 該振幅補償而決定最小及最大值。此情形僅在該馬達旋轉 之t月況下才有可▲。若該馬達不旋轉，該等正弦及餘弦成 分便係最大值與最小值並無不同之直流電（Dc)位準。因 此，該先前技術不能補償該等直流電（DC)位準之漂移。在 情形有-缺點，即，在該馬達不旋轉之時間週_間，位b 置資訊便漂移離開，從而在該馬達開始旋轉時，將要 外的時間來捕獲正確的位置。 、 、 即認為在該正交 依據本發明之振幅校正係依據一觀點 信號之每一相位： A2Sin2(X)+A2c〇s2(x) = A2,其中人係振幅 皆決定該動態振幅A。藉 以此動態振幅而獲得該等 因此’在該馬達之每一相位， 由將該等原始正弦及餘弦成分除 振幅校正正弦及餘弦成分。 依據本發明該振幅校正之 而在所引用的先前技術中， 方值相等。 ，丹係瞬間的， 重複增加該補償值直至該垣 應注意，在依據本發明之振幅校正 τ ’邊等原始正弦及 97619.doc 200525131 餘弦成刀除以與该等平方值的和之平方根成比例之一因 數，而在所引用的先前技術中此除法係一乘法。 在請求項3所定義之—項具體實施例中，藉由以下計算 來決定該位置：計算該振幅校正正弦成分之反向正弦（藉 由應用反正弦函數）以獲得該正弦成分之振幅，計算㈣ 幅校正餘弦成分之反向餘弦（藉由應用反餘弦函數）以獲得 該餘弦成分之振幅，並對該些二振幅值求和。 义在請求項4所定義之一項具體實施財，在計算該和之 别’首先，對該等餘弦及正弦成分之振幅進行加權。將該 等加權因數或函數選擇成有利於位於其零交越點附近之餘 弦及正弦成分。因此，該餘弦或正弦成分之加權因數之值 在該餘弦或正弦成分之零交越點附近，其在此處之值大於 以該餘㈣正弦成分之峰值附近之值。例如，用於該餘 弦或正弦成分之加權函數分別為1 _咖2讀i _8ιη2χ。此加權 有-，點’即有利於該餘弦或正弦成分中對位置變動之敏 感性隶大之部分。因此兮^ 4加杻函數抑制該餘弦及正弦成 分對位置變動不太敏感之峰值而不抑制在零交越點附近之 陡坡。 ▲本發明之該些及其它方面可參考以下所述的具體實施例 之5兒明而更加瞭解。 【實施方式】 圖1顯示將一旋轉運動轉換成-線性運動且包含用以提 供位置資訊的感測器之—機構。該馬達Μ具有當向該馬達 加電時令軸ΑΧ旋轉之-轉子。該轉子在該馬達外殼内， 97619.doc 200525131 因此未顯不出來。-般地，在-光學驅動器中，該軸ΑΧ 係連接至一齒輪箱，該齒輪箱將該轉子之旋轉速度降低至 輸出軸之所需旋轉速度。該齒輪箱可進—步包含用以將 該輸出軸之旋轉速度轉換為-光學拾取單it之-線性運動 之構造。圖1中顯示一簡化的齒輪箱。此齒輪箱包含附 著於忒軸AX之一碟形部件DM。朝一棒形元件按壓該碟形 4件DM之側壁，該棒形元件係該光學單元〇pU4係光學 單元OPU之部分。該齒輪箱之實際實施與本發明無關，而 且可能具有任何能夠將連接至該轉子的軸AX之旋轉運動 轉換成該光學單元OPU之一線性運動之適當構造。儘管提 到的係用在一光碟機中與一光碟配合之光學單元，但此單 元亦可係與一磁儲存媒體配合之一磁單元。 將一磁化環MR附著於該軸AX，從而能夠決定該軸八乂之 位置且因此能決定該單元〇PU之位置。一般地，週期性地 磁化此環MR，例如，可能存在九對磁極。配置與該磁化 環MR相關的二霍爾感測器hs 1與HS2以感測其通量。當該 轉子之軸AX旋轉時，該磁環MR旋轉，而該等霍爾元件 HS1與HS2分別感測引起正弦信號VH1與VH2之變動磁場。 藉由將該等霍爾感測器HS1、HS2定位成一 90。角，該等二 信號VH1與VH2之相位差為90。，並獲得包含一正弦與一餘 弦成分之一正父彳纟號QS(请參見圖2)。該信號VH1係該正 弦成分，而該信號VH2係該餘弦成分。圖2所示的決定位 置系統將此正交信號QS轉換成標示該軸AX之一旋轉位置 或該單元CPU之一線性位置之一相位信號X，SU。該相位信 97619.doc -10- 200525131 號x，SU亦稱為位置信號或位置。 可藉由對-磁場敏感之其他感測器而非該等霍爾感測器 膨、HS2來感測該變動的磁場。亦可藉由使用一變動電 場或一變動的光量來感測該位置。本發明係關於決定—系 統中之-位置，其中一正交信號那代表一旋轉運動。” 將《亥正乂彳5號QS轉換成一位置信號之主要問題 係，一般地’該正弦成分VH1與該餘弦成分VH2具有振幅 誤差與直流電(DC)偏移誤差。例如，由該等霍爾感測器 HS1及HS2提供的信號彻及彻可能取決於溫度、該磁化 環MR與該等霍爾感測器HS1及HS2之間的距離以及該環 MR的磁化區域之磁場強度。已知可針對靜態誤差而校正< 該等信號VH1及VH2。圖2中以VHC1及VHC2來標示該等校 正的信號。針對平均直流電（DC)偏移及平均振幅，對該等 校正的信號VHC1及VHC2作靜態校正。一般地，此靜態校 正係在該校正操作進入傳統的正交解碼演算法之前對該信 號施加的唯一信號調節。未取消取決於旋轉之信號變動。 依據本發明之決定位置系統及方法提供對該等信號VHc工 及VHC2之更先進的預調節，並因此產生一更精確且更強 固的位置信號x，SU。 圖2顯示依據該位置資訊而決定一位置標示x，su之一決 疋位置系統之一方塊圖。該靜態補償電路1分別從該等霍 爾感測器HS1及HS2接收包含正弦成分VH1(其係A2sin(x_ Φ/2))與餘弦成分VH2(其係Alcos(x+ cp/2))之正交信號qS。 該靜態補償電路1提供經靜態校正之位置資訊VHC1 (其係 97619.doc 200525131

Asin(X))與VHC2(其係Ac〇S(x))。圖3顯示該些信號與 爾2之範例。在圖2所示的具體實施例中，：等信： VHC1及VHC2係在個別線處以8標示之8位元數位字一 其中顯示-函數之方塊對其個別輸人信號執行該些函數 以獲得該等個別的輸出信號。該等方塊可表示硬體電路或 藉由一處理電路（例如，微電腦）來執行之步驟。 $ 該方塊2接收作為輸入信號之信號VHC2===Ac〇s(x)並提供 平方的輸入信號AWx作為輸出信號。該方塊3接收作 該輸入信號之信號VHCl=ASin(x)並提供平方的輸入信號 A2sis2x作為輸出信號。圖4針對圖3中舉例顯示的俨龙 VHC1及VHC2而顯*方塊2及3之平方信號aW^ ΑϋΛ。該方塊4對該等方塊2與3之輸出信號a A2sin2x求和以獲得代表該正交信號QS每一相位⑽實際振 幅A之動態增益校正值A2。在該靜態補償電路^中執行的, 態增益校準中，應注意使經靜態校正的正弦成分VHC1I 經靜態校正的餘弦成分VHC2之振幅A相同。圖5針對圖3中 舉例顯示的信號VHC1及VHC2而顯示該增益校正值八2。 該方塊5計算該值A2的平方根之倒數以獲得-校正因數 "A」乘法器6將該信號VHC2與該校正因數i/a相乘以獲得 動態正規化的信號cos(x)。$法器7將該信號vhc i與該校 正因數1/A相乘以獲得動態正規化的信號si*)。_針對 圖3中舉例顯示的信號VHClAVHc2而顯示正規化作號 仙㈨及⑽⑴。該些正規化信號sm⑴及⑽⑴不必具有 勺峰值振巾田其可能具有任何所需的固定峰值振幅。 97619.doc 200525131 現在可將该等信號cos(x)& sin(x)i實際振幅轉換成相對 應的相位x，SU。首先，藉由方塊η之arcsin(x)函數而將該 sm(x)佗唬轉換成該值X，IS，該arcsin(x)函數將該值\1§計 算為arCSin(Sin(x))。並藉由方塊1〇之arcc〇s(x)函數而將該 cos(x)k唬轉換成该值X，IC，該arcc〇s(x)函數將該值心…計 算為arCC〇S(C〇SX)。在該方塊16中對轉換出的值X，IS與X，IC 求和以獲得該相位X，§ U。 Ϊ一疋在項經改進的具體實施例中，添加該等方塊9 及14以對該cos(x)信號加權，並添加該等方塊1〇及15以對 该sin(x)#號加權。該加權係依據此觀點，即對一位置變 動之敏感性在該等信號之零交越點附近為最大而在該等信 號之峰值附近為最小。因此，將該等加權函數選擇成有利 於在其零交越點附近的信號。該方塊9計算在該乘法器14 中與该仏號x，IC相乘之值，從而獲得該信號以卜 c〇s2(x))。該方塊丨〇計算在該乘法器丨5中與該信號xJS相乘 之值1 sin (X) ’攸而獲得該信號x(i_sin2(x))。圖7中針對圖 3中舉例顯示的信號VHC1及VHC2而顯示該等信號（1_ cos (x))arccos(cos(x))及（i_sin2(x))arcsin(sin(x))。 該方塊16添加該些信號以獲得x，su所標示（請參見圖8) 的X-XCOS (X) + X-XSln2(x) = 2x_x = x，以清楚表示此係該決定 位置系統或方法之輪出處的相位信號。 使用該等乘法器1 2及丨3以針對將就圖8及9而說明之一 2 π 繞回進行校正。該乘法器12接收該8位元信號X，IC與一符 號位元SB1以將一輸出信號提供給該乘法器14。該乘法器 97619.doc 200525131 13接收該8位元信號X，IS與一符號位元SB2以將一輸出信號 提供給該乘法器1 5。 圖3顯示經靜態校正的位置資訊正弦及餘弦信號，經靜 態校正的位置資訊VHCW表該正弦信號Asm(x)，經靜態 杈正的位置貧訊VHC2代表該餘弦信號Ac〇s(x)。 圖4顯示平方的經靜態校正之位置資訊信號a2c〇s2x及 A2sin2x 〇 圖5顯示藉由對該等平方的經靜態校正之位置資訊信號 求和而獲得的動態增益校正因數A2。 圖6顯不動態正規化的正弦信號sin(x)及餘弦信號 cosOO。從圖6可清楚地看出，現在，對於每一相位/圖: 所示的Asin(x)信號與Ac〇s(x)信號皆除以因數A。所得信號 sin(X)及cos(x)具有所需的正規化振幅。若藉由一反向正弦 函數aixSin(x)與一反向餘弦函數arcc〇s(x)來處理該些所得 信號，則可擷取對應的相位。該些擷取的相位之和係該正 交信號之相位並因此代表該軸Αχ或該馬達M的轉子之位 置。 圖7顯示該等正弦及餘弦信號之加權相位。該等信號 sm(x)及cos(x)之加權有一效果，即該些信號在其零交越點 附近之部分比在其峰值附近的部分更具有決定性。此情形 有一優點，即對位置變動最敏感之部分之影響力最大。 圖8顯示在該等乘法器12及13不存在之情況下由該等加 權相位導出之相位x，su。極性相同的二峰值標示一 2 ”之相 位變化。藉由偵測該2π繞回，可藉由於該等繞回點減去“ 97619.doc -14- 200525131 來延伸該相位特徵，從而獲得圖9所示之平滑位置信號。 分別藉由提供給該等乘法器12及13之符號位元sm及沾2 來獲得該符號反轉。 圖9顯示存在該等乘法器12及13時的延伸相位x，su。此 延伸相位x，SU係可標示該軸Αχ之旋轉位置或線性移動的 元件OPU之線性位置之位置標示。 應注意，以上提及的具體實施例係說明本發明而非限制 本發明，而且熟習此項技術者將能夠設計許多替代性具體 實施例，而不致背離隨附申請專利範圍之範疇。 例如，圖2所示的電路可包含執行所說明的動作或操作 之專用硬體電路。較佳的係’藉由類比至數位轉換器來數 位化由該等霍爾感測器HS1、HS2提供之信號VH1、V扣以 實現數位信號處理。可選擇代表所提及信號的數位字元之 位7L數目以獲得所需的精確度。亦可藉由一適當程式化的 電腦或數位處理器單元來執行該演算法。儘管該等操作較 佳的係執行於該數位域中，但亦可在該類比域中執行該等 操作。 作為位置標示之延伸相位x，su可用在一控制迴路中，該 控制迴路進一步接收一設定點。該設定點與該位置標示之 間的差係用來產生用於該馬達之一控制信號。 ’、 在申請專利範圍中，任何置於括號之間的參考符號皆不 應視為限制該申請專利範圍。動「包含」及其結合：使 用並不排除申請專利範圍未提及的元件或步驟之出現。元 件前之冠詞「-」不排除複數個此類元件之出ί見。可藉由 97619.doc 15 200525131 包含若干不同元件的硬體並藉由— 施本發明。在本 ：虽程式化之電腦來實 中的若干構件广耗圍中列舉了若干構件，其 苒件了猎由一或同—項硬 同的相關申請專利範圍中對竿此产、體匕在相互不 、不‘不不此有利地使用該等度量之組合。 【圖式簡單說明】 在該等圖式申： 一線性運動且包含用以提 位置標示之一決定位置 圖1顯示將一旋轉運動轉換成 仏位置資矾的感測器之一機構， 圖2顯示依據該位置資訊決定 系統之一方塊圖， 圖3顯不經靜態校正的位置資訊正弦及餘弦信號， 圖4顯示平方的經靜態校正之位置資訊信號， 圖5顯不猎由對該等平方的靜態校正之位置資訊信號求 和而獲得的動態增益校正因數， 圖6顯示動態正規化的正弦及餘弦信號， 圖7顯示該等正弦及餘弦信號之加權相位， 圖8顯示由該等加權相位導出之相位，以及 圖9顯示作為可標示線性移動之馬達或元件位置的位置 標示之延伸相位。 【主要元件符號說明】 1 靜態補償電路 2 方塊 方塊 97619.doc -16- 200525131 4 方塊 5 方塊 6 乘法器 7 乘法器 8 信號VHC1及VHC2 9 方塊 10 方塊/加權 11 方塊 12 乘法器 13 乘法器 14 方塊/乘法器/加權 15 方塊/乘法器 16 方塊/求和 97619.doc -17-

Claims (1)

1. 200525131 十、申請專利範圍： 1 · 一種用以決定一旋轉馬達（M)之一轉子之一位置的決定 位置糸統’該糸統包含： 感測構件（HS1、HS2)，其耦合至該轉子以回應該轉子 之一疑轉而產生包含一正弦成分（VH1)與一餘弦成分 (VH2)之一正交信號（qS);以及 計算構件（CU)，其用以計算 (0该正弦成分之一平方值（A2sin2x)與該餘弦成分之一 平方值（A2cos2x)之一和（A2); (ii) 一振幅校正因數（A)，其為該和（A2)之平方根；以及 (iii) 一振幅校正正弦成分（sin(x))，其為該正弦成分 (Asin(x))除以該振幅校正因數（A)，以及一振幅校正餘弦 成分（c〇S(x))，其為該餘弦成分（Ac〇s(x))除以該振幅校正 因數（A)。 2. 一種用以決定一旋轉馬達（M)之一轉子之一位置的決定 位置方法，該方法包含： 回應該轉子之一旋轉而產生（HS丨、HS2)包含一正弦成 分（VH1)與一餘弦成分（VH2)之一正交信號（QS);以及 計算（CU) (i) 該正弦成分之一平方值（A2sin2x)與該餘弦成分之一 平方值（A2COS2X)之一和（八2); (ii) 一振幅校正因數（A)，其為該和（A2)之平方根；以及 (iii) 一振幅校正正弦成分（sin(x))，其係計算為該正弦 成分（Asin(X))除以該振幅校正珥數（A)，以及一振幅校正 97619.doc 200525131 餘弦成分（c〇s(x))，其為該餘弦成分（Acos(x))除以該振幅 校正因數（A)。 3.如請求項2之決定位置方法，其中該計算（cu)進一步包 含藉由計异該振幅校正正弦成分（sin(x))之一反向正弦值 (is)與該振幅校正餘弦成分（cos(x))之一反向餘弦值（ic) 之一和（16)來決定該轉子之該位置。 4·如請求項3之決定位置方法，其中該計算（cu)進一步包 含·· 藉由一加權因數〇¥171)對該反向正弦值（IS)進行加權 (10、14)以有利於在其零交越點附近之該反向正弦值 (IS)，從而獲得一加權正弦值（ws);以及 藉由一加權因數（WF2)對該反向餘弦值（IC)進行加權 (1〇、14)以有利於在其零交越點附近之該反向餘弦值 (ic)，從而獲得一加權餘弦值（wc); 其中’對該加權正弦值（ws)與該加權餘弦值（WC)執 行該和（16)之計算。 )· 一種光學或磁性驅動器，其包含： 一拾取單元（0PU)，其係用以從一光學或磁性媒體讀 取資訊及/或寫入資訊至一光學或磁性媒體； 一具有轉子的旋轉馬達（M); 一齒輪箱（AX、DM)，用以將該轉子之一旋轉運動轉 換成光學拾取單元（0PU)之一線性運動；以及 一決定位置系統，其決定該轉子之一位置，該系統包 含： 97619.doc 200525131 感測構件（HSl、HS2)，其耦合至該轉子以回應該轉子 之一旋轉而產生包含一正弦成分（VH1)與一餘％成分 (VH2)之一正交信號（QS);以及 計算構件（CU)，其計算 (i) 该正弦成分之一平方值（A2sin2x)與該餘弦成分之一 平方值（A2cos2x)之一和（A2); (ii) —振幅校正因數（A)，其為該和（A2)之平方根；以及 (⑴）振幅杈正正弦成分（sin(x))，其為該正弦成分 (AS1n(x))除以該振幅校正因數（A)，以及一振幅校正餘弦 成分(cos⑴)’其係計#為該餘弦成分(Ac〇s(x))除以該振 幅校正因數（A)。 97619.doc