TWI646772B

TWI646772B - 相位校正電路與相位校正方法

Info

Publication number: TWI646772B
Application number: TW106117107A
Authority: TW
Inventors: 尤信雄
Original assignee: 金麗科技股份有限公司
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2019-01-01
Also published as: TW201902111A

Abstract

本發明為一種相位校正電路，包括：一第一計算電路，接收一第一光電信號與一第二光電信號，並產生一第一轉換信號與一第二轉換信號；一振幅調整電路，接收該第一轉換信號與該第二轉換信號，並產生一第一調整信號與一第二調整信號；以及一第二計算電路，接收該第一調整信號與該第二調整信號，並產生一第一校正信號與一第二校正信號。其中，該第一校正信號與該第二校正信號的相位差為90度。

Description

相位校正電路與相位校正方法

本發明是有關於一種信號處理裝置與處理方法，且特別是有關於一種伺服馬達系統(servo motor system)中的相位校正電路與相位校正方法。

眾所周知，伺服馬達系統能夠精準的控制伺服馬達的轉速，並具備反應快速的加速、減速、反轉的能力。亦即，由於伺服馬達系統具備精確的位置控制和速度控制之能力，因此已經廣泛的運用於各種自動化工業以及精密加工領域。例如，機械手臂、或者機械工作平台等等。

請參照第1A圖，其所繪示為伺服馬達系統示意圖。伺服馬達系統包括：指令裝置110、微控制器(microcontroller)120、伺服馬達130、光電編碼器(optical encoder)140。

指令裝置110係根據使用者的操作，而輸出指令脈波(command pulses)，用以進行伺服馬達130的轉速與轉向控制。再者，光電編碼器140係根據伺服馬達130的轉速與轉向產生回授脈波(feedback pulses)至微控制器120。微控制器120根據指令脈波以及回授脈波來產生驅動脈波至伺服馬達130。

其中，光電編碼器140可將伺服馬達130轉軸上的位移量轉換成為回授脈波，而根據光電編碼器140輸出的回授脈波，微控制器120可以得知伺服馬達130的轉速、轉向、以及位置。

以光學旋轉式編碼器(rotary optical encoder)為例，此種光電編碼器140中包括光發射器(light source)142、光偵測器(photo detector)146、與轉盤(Disk)148。轉盤148耦接至伺服馬達130的轉軸，可隨著伺服馬達130轉動。再者，光發射器142的光經過轉盤148上的光柵(grating)後被光偵測器146所接收。根據轉盤148上光柵的形狀，可使得光偵測器146產生二個光電信號(photoelectronic signal)A1、B1。而光電編碼器140內部的電路更可以根據二個光電信號A1、B1產生回授脈波至微控制器120。

請參照第1B圖，其所繪示為光電信號A1、B1之示意圖。一般來說，二個光電信號A1、B1的頻率越高，伺服馬達130的轉速越快；並且二個光電信號A1、B1之間會維持90度之相位差。舉例來說，光電信號B1的相位超前光電信號A1的相位90度時，伺服馬達以第一方向旋轉(例如順時針旋轉)；光電信號A1的相位超前光電信號B1的相位90度時，伺服馬達以第二方向旋轉(例如逆時針旋轉)。

如第1B圖所示，在時間區間I時，二個光電信號A1、B1的頻率越來越高，且光電信號B1的相位超前光電信號A1的相位90度，因此伺服馬達130以第一方向旋轉且轉速越來越快。在時間區間II時，二個光電信號A1、B1的頻率越來越低，且光電信號B1的相位超前光電信號A1的相位90度，因此伺服馬達130以第一方向旋轉且轉速越來越慢直到停止旋轉。

在時間區間III時，二個光電信號A1、B1的頻率越來越高，且光電信號A1的相位超前光電信號B1的相位90度，因此伺服馬達130以第二方向旋轉且轉速越來越快。在時間區間IV時，二個光電信號A1、B1的頻率越來越低，且光電信號A1的相位超前光電信號B1的相位90度，因此伺服馬達130以第二方向旋轉且轉速越來越慢直到停止旋轉。

由於伺服馬達130的加減速或者反向旋轉皆會造成二個光電信號A1、B1的頻率與相位的變化，因此二個光電信號A1、B1皆屬於時變信號。然而，在光電轉換的過程中由於溫度或者環境的因素，二個光電信號A1、B1之間的相位差可能無法固定在90度。因此需要對光電信號A1、B1進行校正，使得二個光電信號A1、B1的相位差固定在90度。

本發明係為一種相位校正電路，包括：一第一計算電路，接收一第一光電信號與一第二光電信號，並對該第一光電信號與該第二光電信號進行數學運算以產生一第一轉換信號與一第二轉換信號；一振幅調整電路，接收該第一轉換信號與該第二轉換信號，並產生一第一調整信號與一第二調整信號，其中該第一轉換信號與該第一調整信號同相位，該第二轉換信號與該第二調整信號同相位；以及一第二計算電路，接收該第一調整信號與該第二調整信號，並對該第一調整信號與該第二調整信號進行數學運算以產生一第一校正信號與一第二校正信號。

本發明係為一種相位校正方法，包括下列步驟：接收一第一光電信號與一第二光電信號，將(1/)倍的該第一光電信號減去(1/)倍的該第二光電信號後成為一第一轉換信號，將(1/)倍的該第一光電信號加上(1/)倍的該第二光電信號後成為一第二轉換信號；將該第一轉換信號轉換為一第一調整信號，將該第二轉換信號轉換為一第二調整信號，其中該第一轉換信號與該第一調整信號同相位，該第二轉換信號與該第二調整信號同相位，且該第一調整信號與該第二調整信號具有相同的一振幅；以及接收該第一調整信號與該第二調整信號，將(1/)倍的該第一調整信號加上(1/)倍的該第二調整信號後成為一第一校正信號，將(1/)倍的該第二調整信號減去(1/)倍的該第一調整信號後成為一第二校正信號。

本發明係為一種相位校正方法，包括下列步驟：接收一第一光電信號與一第二光電信號，將(1/)倍的該第一光電信號加上(1/)倍的該第二光電信號後成為一第一轉換信號，將 (1/)倍的該第二光電信號減去(1/)倍的該第一光電信號後成為一第二轉換信號；將該第一轉換信號轉換為一第一調整信號，將該第二轉換信號轉換為一第二調整信號，其中該第一轉換信號與該第一調整信號同相位，該第二轉換信號與該第二調整信號同相位，且該第一調整信號與該第二調整信號具有相同的一振幅；以及接收該第一調整信號與該第二調整信號，將(1/)倍的該第一調整信號減去(1/)倍的該第二調整信號後成為一第一校正信號，將(1/)倍的該第一調整信號加上(1/)倍的該第二調整信號後成為一第二校正信號。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：。

110‧‧‧指令裝置

120‧‧‧微控制器

130‧‧‧伺服馬達

140‧‧‧光電編碼器

142‧‧‧光發射器

146‧‧‧光偵測器

148‧‧‧轉盤

210‧‧‧第一計算電路

212、214、232、234、512、514、532、534‧‧‧乘法器

216、236、516、536‧‧‧減法器

218、238、518、538‧‧‧加法器

220‧‧‧振幅調整電路

222、226‧‧‧放大器

224、228‧‧‧增益控制器

230‧‧‧第二計算電路

第1A圖為伺服馬達系統示意圖。

第1B圖為光電信號A1、B1之示意圖。

第2圖為本發明相位校正電路示意圖。

第3A圖至第3C圖為本發明第一實施例相位校正電路的第一計算電路、振幅調整電路、第二計算電路及其相關信號示意圖。

第4圖為振幅調整電路中增益控制器運作示意圖。

第5A圖至第5C圖為本發明第二實施例相位校正電路的第一計算電路、振幅調整電路、第二計算電路及其相關信號示意圖。

本發明提出一種相位校正電路與相位校正方法，用於校正伺服馬達系統中光偵測器所產生的二個光電信號A1、B1。使得經過校正後的二個校正信號Ac、Bc的相位差為90度。

請參照第2圖，其所繪示為本發明相位校正電路示意圖。相位校正電路包括一第一計算電路210、一振幅調整電路220、一第二計算電路230。

其中，第一計算電路210接收光偵測器所產生的二個光電信號A1、B1，並產生轉換信號A2、B2。振幅調整電路220接收二個轉換信號A2、B2，並將二個轉換信號A2、B2調整為具有相同的振幅的調整信號A3、B3，並輸出二個調整信號A3、B3。第二計算電路230接收二個調整信號A3、B3，並產生校正信號Ac、Bc。

請參照第3A圖至第3B圖，其所繪示為本發明第一實施例相位校正電路的第一計算電路、振幅調整電路、第二計算電路及其相關信號示意圖。

第3A圖為第一計算電路，包括：乘法器212、214、減法器216與加法器218。在第一計算電路中，利用乘法器212、 214分別將光電信號A1、B1乘上(1/)。接著，減法器216將(1/)倍的光電信號A1減去(1/)倍的光電信號B1，並產生轉換信號A2。亦即，。再者，加法器218將(1/)倍的光電信號A1加上(1/)倍的光電信號B1，並產生轉換信號B2。亦即，。

如第3A圖所示，假設二個光電信號A1、B1為A1=k．sin(ωt)、。其中，二個光電信號A1、B1的相位差為(90°+2)，亦即2可視為二個光電信號A1、B1之間的誤差相位(error phase)。

由於。因此，第一計算電路產生的轉換信號；轉換信號。其中，，且。由於為固定值，所以與為固定值。

如第3A圖可知，當二個光電信號A1、B1輸入第一計算電路之後，產生的二個轉換信號A2、B2已經相差90度。亦即，誤差相位2經由第一計算電路轉換為二個轉換信號A2、B2的振幅差異。

第3B圖為陣幅調整電路，包括：放大器222、226以及增益控制器(gain controller)224、228。其中，放大器222接收轉換信號A2，並乘上一增益值G1後成為調整信號A3。再者，增益控制器224接收調整信號A3，並調整增益值G1以改變調整信號A3的振幅，直到調整信號A3的陣幅被調整到一固定值I為止。同理，放大器226接收轉換信號B2，並乘上一增益值G2後成為調整信號B3。再者，增益控制器228接收調整信號B3，並調整增益值G2以改變調整信號B3的振幅，直到調整信號B3的陣幅被調整到一固定值I為止。

如第3B圖可知，當二個轉換信號A2、B2輸入振幅調整電路後，轉換信號A2的振幅由×k被調整為調整信號A3的振幅I；且轉換信號B2的振幅由×k被調整為調整信號B3的振幅I。另外，轉換信號A2與調整信號A3同相位，轉換信號B2與調整信號B3同相位。

第3C圖為第二計算電路，包括：乘法器232、234、減法器236與加法器238。在第二計算電路中，利用乘法器232、234分別將調整信號A3、B3乘上(1/)。接著，減法器236將(1/)倍的調整信號B3減去(1/)倍的調整信號A3，並產生校正信號Ac。亦即，。再者，加法器238將(1/)倍的調整信號A3加上(1/)倍的調整信號B3，並產生調整信號Bc。亦即，。

如第3C圖所示，由於調整信號A3、B3為、。因此，第二計算電路產生校正信號；校正信號。其中，，，且'為調整信號A3 與B3之間誤差相位的一半。再者，由於調整信號A3、B3誤差相位為0，所以'為0，所以。

如第3C圖可知，當二個調整信號A3、B3輸入第二計算電路之後，產生的二個校正信號Ac、Bc已經具相差90度。

由以上的說明可知，本發明第一實施例的相位校正電路可將具有誤差相位的二個光電信號A1、B1，校正為相位僅相差90度的二個校正信號Ac、Bc。

請參照第4圖，其所繪示為振幅調整電路中增益控制器運作示意圖。增益控制器接收輸入信號X3，並利用取樣電路(未繪示)來取樣輸入信號X3。舉例來說，取樣電路取樣輸入信號X3並獲得取樣數值s1~s4。而增益控制器會根據最大的取樣數值s3來決定增益值G，亦即增益值G=s3/I，並將增益值G輸入放大器。因此，根據以上的運作方式，增益控制器即可接收轉換信號A2並輸出振幅為I的調整信號A3；或者，增益控制器即可接收轉換信號B2並輸出振幅為I的調整信號B3。

另外，在某些特殊狀況下，伺服馬達系統的光電編碼器不需要對光電信號A1、B1進行校正。此時，僅需要控制振幅調整電路220的增益值G1、G2設定為1即可。亦即，當振幅調整電路220的增益值G1、G2設定為1時，相位校正電路的校正信號Ac會等於光電信號A1，而校正信號Bc會等於光電信號B1。

再者，上述的第一計算電路210與第二計算電路230，乘法器212、214、232、234係將輸入信號乘上(1/)。在此領域的技術人員也可以近似值0.707來取代，也可以得到類似的結果。

另外，將第一實施例中的第一計算電路與第二計算電路對調也可以得到相同的結果。請參照第5A圖至第5C圖，其所繪示為本發明第二實施例相位校正電路的第一計算電路、振幅調整電路、第二計算電路及其相關信號示意圖。其中，第5B圖的振幅調整電路相同於第3B圖，此處不再贅述。

第5A圖為第一計算電路，包括：乘法器512、514、減法器516與加法器518。在第一計算電路中，利用乘法器512、514分別將光電信號A1、B1乘上(1/)。接著，減法器516將(1/)倍的光電信號B1減去(1/)倍的光電信號A1，並產生轉換信號B2。亦即，。再者，加法器518將(1/)倍的光電信號A1加上(1/)倍的光電信號B1，並產生轉換信號A2。亦即，。

第5C圖為第二計算電路，包括：乘法器532、534、減法器536與加法器538。在第二計算電路中，利用乘法器532、534分別將調整信號A3、B3乘上(1/)。接著，減法器536將(1/)倍的調整信號A3減去(1/)倍的調整信號B3，並產生校正信號Ac。亦即，。再者，加法器538將 (1/)倍的調整信號A3加上(1/)倍的調整信號B3，並產生調整信號Bc。亦即，。

相同的原理，本發明第二實施例的相位校正電路可將具有誤差相位的二個光電信號A1、B1，校正為相位僅相差90度的二個校正信號Ac、Bc。

由以上的說明可知本發明的優點在於提出一種相位校正電路與相位校正方法，用於校正伺服馬達系統中光偵測器所產生的二個光電信號A1、B1。使得經過校正後的二個校正信號Ac、Bc的相位差為90度。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種相位校正電路，包括：一第一計算電路，接收一第一光電信號與一第二光電信號，並對該第一光電信號與該第二光電信號進行數學運算以產生一第一轉換信號與一第二轉換信號；一振幅調整電路，接收該第一轉換信號與該第二轉換信號，並產生一第一調整信號與一第二調整信號，其中該第一轉換信號與該第一調整信號同相位，該第二轉換信號與該第二調整信號同相位；以及一第二計算電路，接收該第一調整信號與該第二調整信號，並對該第一調整信號與該第二調整信號進行數學運算以產生一第一校正信號與一第二校正信號。
如申請專利範圍第1項所述之相位校正電路，其中，該第一光電信號與該第二光電信號之間的相位差為90度加上一誤差相位；且該第一校正信號與該第二校正信號之間的相位差為90。
如申請專利範圍第2項所述之相位校正電路，其中，該第一計算電路包括：一第一乘法器，將該第一光電信號乘上(1/)倍；一第二乘法器，將該第二光電信號乘上(1/)倍；一第一減法器，將(1/)倍的該第一光電信號減去(1/)倍的該第二光電信號後成為該第一轉換信號；以及一第一加法器，將(1/)倍的該第一光電信號加上(1/)倍的該第二光電信號後成為該第二轉換信號。
如申請專利範圍第3項所述之相位校正電路，其中，該振幅調整電路使得該第一調整信號與該第二調整信號具有相同的一振幅。
如申請專利範圍第3項所述之相位校正電路，其中該振幅調整電路包括：一第一放大器，將該第一轉換信號乘上一第一增益，成為該第一調整信號；一第一增益控制器，根據該第一調整信號產生該第一增益，並提供至該第一放大器，使得該第一調整信號具有一振幅；一第二放大器，將該第二轉換信號乘上一第二增益，成為該第二調整信號；一第二增益控制器，根據該第二調整信號產生該第二增益，並提供至該第二放大器，使得該第二調整信號具有該振幅。
如申請專利範圍第5項所述之相位校正電路，其中，該第一增益值與該第二增益值設定為1時，該第一校正信號相同於該第一光電信號，且該第二校正信號相同於該第二光電信號。
如申請專利範圍第4項所述之相位校正電路，其中，該第二計算電路包括：一第三乘法器，將該第一調整信號乘上(1/)倍；一第四乘法器，將該第二調整信號乘上(1/)倍；一第二減法器，將(1/)倍的該第二調整信號減去(1/)倍的該第一調整電信號後成為該第二校正信號；以及一第二加法器，將(1/)倍的該第一調整信號加上(1/)倍的該第二調整信號後成為該第一校正信號。
如申請專利範圍第2項所述之相位校正電路，其中，該第一計算電路包括：一第一乘法器，將該第一光電信號乘上(1/)倍；一第二乘法器，將該第二光電信號乘上(1/)倍；一第一減法器，將(1/)倍的該第二光電信號減去(1/)倍的該第一光電信號後成為該第二轉換信號；以及一第一加法器，將(1/)倍的該第一光電信號加上(1/)倍的該第二光電信號後成為該第一轉換信號。
如申請專利範圍第8項所述之相位校正電路，其中，該振幅調整電路使得該第一調整信號與該第二調整信號具有相同的一振幅。
如申請專利範圍第8項所述之相位校正電路，其中該振幅調整電路包括：一第一放大器，將該第一轉換信號乘上一第一增益，成為該第一調整信號；一第一增益控制器，根據該第一調整信號產生該第一增益，並提供至該第一放大器，使得該第一調整信號具有一振幅；一第二放大器，將該第二轉換信號乘上一第二增益，成為該第二調整信號；一第二增益控制器，根據該第二調整信號產生該第二增益，並提供至該第二放大器，使得該第二調整信號具有該振幅。
如申請專利範圍第10項所述之相位校正電路，其中，該第一增益值與該第二增益值設定為1時，該第一校正信號相同於該第一光電信號，且該第二校正信號相同於該第二光電信號。
如申請專利範圍第9項所述之相位校正電路，其中，該第二計算電路包括：一第三乘法器，將該第一調整信號乘上(1/)倍；一第四乘法器，將該第二調整信號乘上(1/)倍；一第二減法器，將(1/)倍的該第一調整信號減去(1/)倍的該第二調整電信號後成為該第一校正信號；以及一第二加法器，將(1/)倍的該第一調整信號加上(1/)倍的該第二調整信號後成為該第二校正信號。
一種相位校正方法，包括下列步驟：接收一第一光電信號與一第二光電信號，將(1/)倍的該第一光電信號減去(1/)倍的該第二光電信號後成為一第一轉換信號，將(1/)倍的該第一光電信號加上(1/)倍的該第二光電信號後成為一第二轉換信號；將該第一轉換信號轉換為一第一調整信號，將該第二轉換信號轉換為一第二調整信號，其中該第一轉換信號與該第一調整信號同相位，該第二轉換信號與該第二調整信號同相位，且該第一調整信號與該第二調整信號具有相同的一振幅；以及接收該第一調整信號與該第二調整信號，將(1/)倍的該第一調整信號加上(1/)倍的該第二調整信號後成為一第一校正信號，將(1/)倍的該第二調整信號減去(1/)倍的該第一調整信號後成為一第二校正信號。
一種相位校正方法，包括下列步驟：接收一第一光電信號與一第二光電信號，將(1/)倍的該第一光電信號加上(1/)倍的該第二光電信號後成為一第一轉換信號，將(1/)倍的該第二光電信號減去(1/)倍的該第一光電信號後成為一第二轉換信號；將該第一轉換信號轉換為一第一調整信號，將該第二轉換信號轉換為一第二調整信號，其中該第一轉換信號與該第一調整信號同相位，該第二轉換信號與該第二調整信號同相位，且該第一調整信號與該第二調整信號具有相同的一振幅；以及接收該第一調整信號與該第二調整信號，將(1/)倍的該第一調整信號減去(1/)倍的該第二調整信號後成為一第一校正信號，將(1/)倍的該第一調整信號加上(1/)倍的該第二調整信號後成為一第二校正信號。