TWI227966B

TWI227966B - Apparatus and method for improving resolution of digital encoder

Info

Publication number: TWI227966B
Application number: TW093117373A
Authority: TW
Inventors: Hao-Feng Hung
Original assignee: Benq Corp
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2005-02-11
Also published as: TW200601707A; US7061411B2; US20050280562A1

Description

1227966 五、發明說明（1) 一、發明所屬之技術領域 ^ 本發明係關於一種增加解析度的裝置及方法，特別是指關於增加數位編碼器解析度的裝置及方法。二、先前技術 •習知數位編碼器配合相對應解析度的編碼條（code Stripj或編碼輪（code wheel)產生數位訊號輸出波形。 > 。凊參閱圖一，圖一為習知配合編碼條6所產生的數位訊號輸出波形8之示意圖。習知編碼條6上有複數組黑白相間的式樣，圖一編碼條6上斜線的區域即表示黑色區域7。編碼條6係由光感測元件來感測編碼條上黑白相間的式樣，並由數位編碼器產生相對應的數位訊號輸出。當感測 $件感/則到黑色式樣7，則數位編碼器輸出低位準值（1⑽） 3 =對地，當感測it件感測到白色式#，則數位編碼斋輸出南位準值（high)波形。此類數位編碼器之輸出波形’可用來控制馬達移動位置及速度。 2控制馬達運轉是利用數位訊號以及類比訊號。藉運訊號及類比訊號的解析度’達到控制馬達精；運轉的㈣。由於數位訊號為不連續性 =，因此數位訊號係用於控制馬達在刻度較大的較動。類比讯唬則為連續性的訊號，其解析度較高，比訊號係用於控制馬達在刻度較小的位置 j 訊號以及類比訊號二者共同運作，可精確控制馬=位而習知這種利用數位訊號以及類比訊號二者共同J #的方

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發明說明（2) 式’可$由特殊的控制晶片來達成。用數之= = = = ;位訊號的解析度並僅利 %巧？工制馬達精確運轉的目的。三、發明内容法，= 提供一種增加解析度的裝置及方曰力數位編碼器的解析度。度的ί ΐ】m, t:提供一種增加數位、編碼器解析位編碼器之數位1梵可ί高數位訊號的解析度，僅根據數路，即可達到精_控制馬達的功效。域雜的電 =據本發明一種增加數位編碼器解析度的 ^-數位編碼器、一選擇積分電路一重置訊心 _路、一位準轉換及放大電路以及一類比數位轉換數位編碼器係用以輸出一基礎位置訊號。選擇積分八，，以接收基礎位置訊號，並依據一預定方式產生一二汛唬重置訊號產生電路係依據基礎位置訊號用以重 =擇積分電路。位準轉換及放大電路係用來將選擇積分㊁產生之積分訊號作位準轉換及放大，以產生一處理號。類比數位（A/D)轉換器係接收處理訊號用以產生」

展位置訊號。擴展位置訊號之解析度大於基礎位置訊號只之解析度。 JU 本發明增加數位編碼器解析度之裝置中，擴展位置訊

1227966 五、發明說明（3) 號之解析度大於基礎位數位編碼器解析度之裝置訊號控制馬達在刻度置訊號來控制馬達在刻控制馬達的功效。本發明提供一種增法’可提高數位編碼器得數位編碼器輸出的數碼器原始之設計值。相特殊之控制晶片或複雜出的數位訊號以及提高關於本發明之優點所附圖示得到進一步的置訊號之解析度。應置應用於馬達控制時較大的位置轉動，並度較小的位置轉動，用本發明增加，藉由基礎位且藉由擴展位即可達成精確加數位編碼器解析度原始產生之數位訊號位訊號的應用方式不較於習知技術，本發的電路，即可對數位解析度的數位訊號二與精神可以藉由以丁瞭解。的裝置及方的解析度，使受限於數位編明可不需使用編碼器原始輸者加以應用。的發明詳述及四、實施方式

=二，圖三為本發明增加數位編瑪11解析度置1 0之糸統方塊圖。本發明之增加數位編碼器解析度裝 1 〇包含一數位編碼器1 2、一選擇積分電路丨4、一重置訊產生電路16、一位準轉換及放大電路18、以及一類比數 (A/D)轉換器20。裝置10係用以增加數位編碼器^之解度。數位編碼器1 2係用以輸出一基礎位置訊號3 〇。於一，例中，基礎位置訊號30係由數位編碼器12配合數位編器12内之編碼條（c〇derstrip)的式樣而相對應產生。基位置訊號30包含一第一相位訊號與一第二相‘訊號，J

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五、發明說明（4) 利用數位編碼器1 2内光感測元件位置戒號與第二相位訊號之相位差為9〇度。使弟相位用增加，位編竭器解析度裝置1〇中’選擇積分電路⑷系訊訊號3。，並依據一預定方式產生-積分重晉二ΐΐ:產生電路16係依據基礎位置訊號3〇，以摆接ν擇積为電路1 4。位準轉換及放大電路1 8係用以將選積/刀電路14產生之積分訊號36作位準轉換及放大，以產一處理訊號64。類比數位（A/D)轉換器20則用以接收處，號64以產生-擴展位置訊號7()，丨中擴展位置訊號7〇解析度大於基礎位置訊號3Q之解析度。吻參閱圖二’圖三為圖二增加數位編碼器解析度裝置一之選擇^分電路U之系統方塊圖。選擇積分電路14包含二組反向器40、一多工器42以及一反向積分器44。選擇積为電路14所接收基礎位置訊號3〇包含一第一相位訊號32與一第二相位訊號34，第一相位訊號32與第二相位訊號34之相位差為90度。該組反向器40接收第一相位訊號32與第二相位訊號34，以產生一第一反向訊號46與一第二反向訊號 48。多，器42接收第-相位訊號32、第二相位訊號34、第反向纰號46以及第二反向訊號48，並依據預定方式選擇性地輸出一選擇訊號50。反向積分器44接收多工器42輸出之選擇訊號50進行積分，以產生積分訊號3 6。 •以下說明選擇積分電路1 4所依據的預定方式選擇性地輸出選擇訊號50。當第一相位訊號32為一高位準值且第二相位訊號34為一低位準值時，選擇訊號5〇即是第一相位訊

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五、發明說明（5) ，32、。當第一相位訊號32及第二相位訊號^ =，選擇訊號50即是第二相位訊號34。 ^ =準值且第二相位訊號34為高位準= 3 = Γ。當第—相位訊號32與第二相位訊、虎選擇訊號5°即是第二反向訊號48。 1。之；二四為圖二增加數位編瑪器解析度裳置 υ之重置訊唬產生電路丨6之系統方路16包含-脈波產生㈣重^號產生電收美虛你罢％咕on 開關62。脈波產生器60接重舌產生一重置訊號38。開關62則接收言位準B# ’二if選擇積分電路14。當重置訊號38為-^準值時，開關62關閉使選擇積分電路u 靡進，，帛以重置選擇積分電路14。斤產生之積为於一實施例中，數位編碼器丨2係 =:置：號3°的解析度為數位編碼器原雷政14發=增加數位編碼器解析度裝置10，藉由選擇積分、置讯號產生電路16、位準轉換及放大電路18以及類比數位（A/D)轉換器20，數位編碼器12所輸出之基礎 :置訊號30用以產生擴展位置訊號7〇，i 70 =解析度大於基礎位置訊號3。之解析度。利用本= :數位編碼器解析度裝置1〇 ’由基礎位置訊號3〇控制馬達，刻度較大的位置轉動’並且由擴展位置訊號7〇控制馬達 1 ^較小的位置轉動。通常擴展位置訊號係使用在欲將馬達停止的時候。由於要控制馬達精準地停在正確的位置，因此必須使用解析度高的擴展位置訊號來控制馬達，

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如此即可達到精確地控制馬達的功效。於另一實施例中，數位編碼器12的解析度為2〇〇Lpl 。二r:-inch)，且其相對應的編碼條或編碼輪上， :一 It:白相間的組數（Une Pair number)有200 對。方數位、扁碼器每一相變化可得到4倍的解析度，即每一英吋有8 0 0個位置變化（2〇〇*4 = 8〇〇)。於此實施例中，類比數位，換器20可選擇為8位元（bit)，因此在2〇〇Lpi之數位編碼器上，最大可以達到每一英吋有2〇48〇〇個位置化（ 200*4*28 = 20480 0 )，達到提高解析度之目的。凊參閱圖五’圖五為本發明增加數位編碼器丨2解析度方法之步驟流程圖。本發明亦提供一種增加數位編碼器解析度方法’以下並且利用圖二所示之數位編碼器丨2加以說明。如圖五所示，本發明增加數位編碼器丨2解析度之方法包含下列步驟： / S80 :產生一基礎位置訊號3〇，其包含一第一相位訊號3 2與一第二相位訊號3 4 ; S82 :接收第一相位訊號32與第二相位訊號34，以產生一第一反向訊號46、一第二反向訊號48以及一重置訊號 38 ； S84 ··接收第一相位訊號32、第二相位訊號34、第一反向訊號46以及第二反向訊號48，並依據一預定方式選擇性地輸出一選擇訊號50 ; S86 :接收選擇訊號5Q並且對選擇訊號5Q進行積分，以產生一積分訊號36 ;

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S88 ·利用重置訊號38週期性地將積分訊號36進行放 S90 :將積分訊號36作位準轉換及放大，產生一訊號64 ; S92 ·利用處理訊號64，產生一擴展位置訊號7〇。 ^述步驟S82至S88，即是依據基礎位置訊號3〇以產生積^訊號36，並週期性地將積分訊號36進行放電；而積八汛號3 6於重置吼號3 8為咼位準值時進行放電。至於步驟 S 8 6中，選擇性地輸出選擇訊號5 〇所根據的預定方式係與上述積分電路14所依據的預定方式相同，在此不再贅述、。

本發明之增加數位編碼器解析度之裝置或方法，可生解析度大於基礎位置訊號的擴展位置訊號。本發明之姆加數位編碼器解析度之裝置可應用於馬達控制，藉由基^ 位置訊號控制馬達在刻度較大的位置轉動，並且藉由 2置汛號來控制馬達在刻度較小的位置轉動。因此相較於 y知技術，利用本發明增加數位編碼器解析度之裝置或方法丄數位編碼器輸出的位置訊號的解析度可不受限於原始 =二=值，而可利用數位編碼器原始之數位訊號（基礎位 ◎ 制刻度大的位置，並且利用提高解析度的數位數^ ^位置訊號）來控制刻度小的位置；0此僅根據、，、馬為之數位訊號，即可達成精確控制馬達的功效。也因=本發明不需使用特殊之控制晶片或複雜的電路。 π、+、二I以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚田；L 明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具

第12頁 1227966 五、發明說明（8) 體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範_内。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。 Φ

第13頁 1227966 圖式簡單說明五、圖示簡單說明圖一為習知配合編碼條所產生的數位訊號輸出波形之示意圖。圖二為本發明增加數位編碼器解析度裝置之系統方塊圖。圖三為本發明增加數位編碼器解析度裝置之選擇積分電路之系統方塊圖。圖四為本發明增加數位編碼器解析度裝置之重置訊號產生電路之系統方塊圖。圖五為本發明增加數位編碼器解析度方法之步驟流程圖。六、圖示標號說明 6 • 編碼條 7 ： :編碼條上望色區域 8 •數位訊號戰'j 出波形 10 :增加數位編碼器解析度之裝置 12 •數位編碼器 14 選擇積分電路 16 :重置訊號產生電路 18 位準轉換及放大電路 20 :類比數位轉換器 30 基礎位置訊號 32 :第一相位訊號 34 第二相位訊號 36 :積分訊號 38 重置訊號 40 :反向器 42 多工器 44 :反向積分器 46 第一反向訊號 48 :第二反向訊號 50 選擇訊號

第14頁 1227966 圖式簡單說明 6 0 :脈波產生器 6 4 :處理訊號 62 :開關 7 0 :擴展位置訊號 « «

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Claims

1227966 六、申請專利範圍申請專利範圍 L 一種增加數位編碼器解析度的裝置，該裝置包含：一數位編碼器，用以輸出一基礎位置訊號；一選擇積分電路，用以接收該基礎位置訊號，並依據一預定方式產生一積分訊號；一重置訊號產生電路，依據該基礎位置訊號用以重置該選擇積分電路；一位準轉換及放大電路，將該選擇積分電路產生之該積分訊號作位準轉換及放大，以產生一處理訊號；以及一類比數位（A/D)轉換器，接收該處理訊號用以產生一擴展位置訊號，其中該擴展位置訊號之解析度大於該基礎位置訊號之解析度。如申請專利範圍第1項所述之裝置，其中該重置訊號產生電路包含：一脈波產生器，接收該基礎位置訊號用以產生一重置訊號；以及一開關，接收該重置訊號用以重置該選擇積分電路0 如申請專利範圍第2項所述之裝置，當該重置訊號為一向位準值時，該開關關閉使該選擇積分電路所產生之該積分訊號進行放電，用以重置該選擇積分電路

1227966 六、申請專利範圍如申請專利範圍第1項所述之裝置，該基礎位置訊號包含一第一相位訊號與一第二相位訊號，其中該第-相位訊號與該第二相位訊號之相位差為9 0度。如申請專利範圍第4項所述之裝置，其中該選擇積分電路包含：一組反向器，該組反向器接收該第一相位訊號與該第二相位訊號，以產生一第一反向訊號與一第二反向訊號；一多工器，該多工器接收該第一相位訊號、該第二相位訊號、該第一反向訊號與該第二反向訊號，並依據該預定方式選擇性地輸出一選擇訊號；以及一反向積分器，該反向積分器係用來接收該多工器輸出之該選擇訊號進行積分，以產生該積分訊號。如申請專利範圍第5項所述之裝置，其中該預定方式係當該第一相位訊號為一高位準值且該第二相位訊號為一低位準值時，該選擇訊號即是該第一相位訊號；當該第一相位訊號及該第二相位訊號皆該高位準值時’該選擇訊號即是該第二相位訊號；當第一相位訊號為該低位準值且該第二相位訊號為該高位準值時，

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該選擇訊號即是該第與該第二相位訊號皆是該第二反向訊號。 7、一種增加數位編碼器解析度的方法，該方法步驟： (a )產生一基礎位置訊號； (b) 依據該基礎位置訊號並以一預定方式，產生一積分訊號，並且週期性地將該積分訊號進行放電； (c) 將該積分訊號作位準轉換及放大，產生一處理丨_ 訊號； (d )利用該處理訊號，產生一擴展位置訊號，其中該擴展位置訊號之解析度大於該基礎位置訊號之解析度。 8、如申請專利範圍第7項所述之方法，該基礎位置訊號包含一第一相位訊號與/第二相位訊號，其中該第一相位訊號與該第二相位訊號之相位差為9 0度。 9、如申請專利範圍第8項戶斤述之方法’其中该（b)步驟包含·· (b 1)接收該第一相位訊號與該第二相位訊號，以產生一第一反向訊號、一第二反向訊號與一重置

笫18頁 1227966 六申請專利範圍訊號 (b2)接收該第一相位訊號、該第二相位訊號、該第一反向訊號與該第二反向訊號，並依據該預定方式，擇性地輸出一選擇訊號； (b3 )接收该選擇訊號並且對該選擇訊號進行積分，以產生一積分訊號；以及 (b4)利用該重置訊號週期性地將該積分訊號進行放電0 1 0、如申請專利範圍第9項所述之方法，該積分訊號於該重置訊號為一高位準值時進行放電。 11 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該預定方式係當該第一相位訊號為一高位準值且該第二相位訊號為一低位準值時，該選擇訊號即是該第一相位訊號；當該第一相位訊號及該第二相位訊號皆該高位準值時，該選擇訊號即是該第二相位訊號；當第一相位訊號為該低位準值且該第二相位訊號為該高位準值時，該選擇訊號即是該第一反向訊號；當該第一相位訊號與該第二相位訊號皆為該低位準值時，該選擇訊號即是該第二反向訊號。

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