用于计算电机位置的集成电路和方法技术

本发明专利技术题为“用于计算电机位置的集成电路和方法”。本发明专利技术涉及一种用于计算电机位置的集成电路和方法，并且具体地涉及一种编码器集成电路。本发明专利技术解决的技术问题是在电机信号具有受损诸如相位偏移、DC偏移和/或失配振幅时，常规的编码器(集成电路)不能准确地计算电机位置。本发明专利技术实现的技术效果是提供一种编码器(集成电路)，所述编码器被配置成从由伺服电机产生的信号去除受损并计算用于确定所述伺服电机的旋转位置的相位。在各种实施方案中，所述编码器被配置成去除DC偏移、改善振幅失配并计算相位偏移。

Integrated Circuit and Method for Calculating Motor Position

【技术实现步骤摘要】
用于计算电机位置的集成电路和方法
本专利技术涉及用于计算电机位置的集成电路和方法，并且具体地涉及编码器集成电路。
技术介绍
通常通过使用处理电路、光源(诸如发光二极管(LED))、光电检测器和带有狭槽的盘(这些项的组合通常被称为光编码器)来确定伺服电机的旋转位置。当电机旋转时，LED将光投射到盘上，从而产生光电检测器检测到的光学图案。光电检测器产生表示光学图案的信号，这些信号然后被传输到计算电机的旋转位置的处理电路。编码器的准确度影响伺服电机本身的准确度。在许多应用中，需要高度准确地知道伺服电机的位置。然而，伺服电机信号中的受损在准确地计算位置方面存在挑战。此类受损可以包括在两个光电检测器信号之间的相位偏移、DC偏移和/或失配振幅。当存在这些受损时，常规的系统不足以准确地计算伺服电机位置。
技术实现思路
本专利技术涉及用于计算电机位置的集成电路和方法，并且具体地涉及编码器集成电路。本专利技术解决的技术问题是在电机信号具有受损诸如相位偏移、DC偏移和/或失配振幅时，常规的编码器(集成电路)不能准确地计算电机位置。根据一个方面，能够接收第一输入信号和第二输入信号的集成电路包括：第一滤波器，其被配置成计算第一输入信号的第一正交；第二滤波器，其被配置成计算第二输入信号的第二正交；第一相位估计电路，其耦接到第一滤波器的输出端子并被配置成根据第一输入信号和第一正交来估计第一相位；第二相位估计电路，其耦接到第二滤波器的输出端子并被配置成根据第二输入信号和第二正交来估计第二相位；和相位偏移电路，其耦接到第一相位估计电路和第二相位估计电路的输出端子并被配置成基于第一相位和第二相位来计算相位偏移。在一个实施方案中，集成电路还包括：第一校正电路，其被配置成向第一输入信号和第二输入信号施加固定增益以及向第一输入信号和第二输入信号施加粗略DC偏移校正；和第二校正电路，其耦接到第一校正电路的输出端子，并被配置成向第一输入信号和第二输入信号施加动态增益以及向第一输入信号和第二输入信号施加精细DC偏移校正。在上述集成电路的一个实施方案中，第二校正电路包括：峰值和谷值检测电路，其被配置成计算第一信道数据和第二信道数据中的每一个的峰值和谷值；偏移校正电路，其耦接到峰值和谷值检测电路并被配置成施加第二DC偏移校正；和增益校正电路，其耦接到偏移校正电路并被配置成根据理想峰值信号来施加增益校正。在一个实施方案中，集成电路还包括抽取器，其被配置成改变第一输入信号和第二输入信号的采样率。在上述集成电路的一个实施方案中，第一相位估计电路和第二相位估计电路利用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法来计算第一相位和第二相位；以及第一滤波器和第二滤波器中的每一个包括离散希尔伯特变换滤波器。在一个实施方案中，集成电路还包括：第一延迟电路，其与第一滤波器并联地耦接并被配置成向第一输入信号施加时间延迟；和第二延迟电路，其与第二滤波器并联地耦接并被配置成向第二输入信号施加时间延迟。在上述集成电路的一个实施方案中，集成电路被配置成根据相位偏移、第一相位和频率来计算最终相位。根据另一个方面，用于计算电机位置的方法包括：抽取第一输入信号和第二输入信号；计算第一信号的第一正交；计算第二输入信号的第二正交；根据第一输入信号和第一正交中的至少一个来计算第一相位；根据第二输入信号和第二正交中的至少一个来计算第二相位；基于计算的第一相位和计算的第二相位来计算相位偏移；以及基于相位偏移、第一相位和频率来计算电机位置。在一个操作中，方法还包括：校正第一输入信号和第二输入信号的DC偏移；向第一输入信号和第二输入信号施加固定增益；以及向第一输入信号和第二输入信号施加动态增益。在一个操作中，方法还包括：向第一输入信号和第二输入信号中的每一个施加时间延迟；计算第一输入信号和第二输入信号中的每一个的频率；以及从相位偏移去除所述时间延迟。本专利技术实现的技术效果是提供编码器(集成电路)，其被配置成从由伺服电机产生的信号去除受损并计算用于确定伺服电机的旋转位置的相位。在各种实施方案中，编码器被配置成去除DC偏移、改善振幅失配并计算相位偏移。附图说明当结合以下示例性附图考虑时，可参照具体实施方式更全面地了解本专利技术技术。在以下附图中，通篇以类似附图标记指代各附图当中的类似元件和步骤。图1是根据本技术的示例性实施方案的伺服电机系统的框图；图2是根据本技术的示例性实施方案的编码器电路的框图；图3是根据本技术的示例性实施方案的用于施加固定增益并校正DC偏移的模拟电路的电路图；图4是根据本技术的示例性实施方案的用于施加动态增益并校正DC偏移的数字电路的框图；图5是根据本技术的示例性实施方案的信号处理电路的框图；图6是根据本技术的示例性实施方案的示出随时间推移的相位误差的图；图7是根据本技术的示例性实施方案的示出随时间推移的ADC输出的图；图8是预期相位对利用各种相位估计方法计算的相位误差的图，其中没有受损；图9是在存在-3度的相位偏移的情况下预期相位对利用各种相位估计方法的计算的相位误差的图；图10是在存在3％振幅失配的情况下预期相位对利用各种相位估计方法计算的相位误差的图；并且图11是在存在20mVDC偏移的情况下预期相位对利用各种相位估计方法计算的相位误差的图。具体实施方式本技术可在功能块部件和各种加工步骤方面进行描述。此类功能块可通过被配置成执行指定功能并且实现各种结果的任何数量的部件来实现。例如，本技术可以采用各种伺服电机、控制器、驱动电路、放大器、信号转换器等，它们可以执行各种功能。另外，本技术可以结合任何数量的系统诸如自动化、机器人、计算机数字控制(CNC)机械等实施，并且所描述的系统仅是该技术的示例性应用。此外，本技术可以采用用于信号采样、抽取、频率计算、外推等的任何数量的常规技术。根据本技术的各方面的用于编码器的方法和装置可以结合任何合适的系统诸如自动化系统等进行操作。参考图1，示例性伺服电机系统100可以结合到其中期望高水平的准确度和多功能性的自动化系统中。例如，在各种实施方案中，伺服电机系统100可以包括驱动电路105和伺服电机组件110，伺服电机组件110包括电机120和编码器电路115，它们一起操作以精确地检测和控制电机120的旋转位置(即，角度位置)。驱动电路105被配置成根据各种输入信号来驱动和/或控制电机120。例如，驱动电路105可以耦接到编码器电路115并被配置成从编码器电路接收信号，诸如与电机120的旋转位置和/或电机120的旋转方向有关的信号。驱动电路105可以响应于来自编码器电路115的信号而重新定位电机120和/或改变旋转方向。驱动电路105可以包括各种逻辑电路、存储器部件、传感器、信号转换器等。驱动电路105还可以被配置成使各种信号诸如与电机120的旋转位置、加速度、速度和其他相关参数有关的信号同步。例如，驱动电路105可以经由命令信号从编码器115接收或生成时钟信号，时钟信号用于使相关信号同步和/或请求与电机120的旋转位置、加速度、速度和其他相关参数有关的信息。电机120响应于驱动电路105，并且可以根据来自驱动电路105的控制信号来改变其旋转位置。在一个示例性实施方案中，电机120包括伺服电机或其他合适的电机。电机120可以耦接到驱动电路105并从驱动电路接收控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够接收第一输入信号和第二输入信号的集成电路，其特征在于包括：第一滤波器，所述第一滤波器被配置成计算所述第一输入信号的第一正交；第二滤波器，所述第二滤波器被配置成计算所述第二输入信号的第二正交；第一相位估计电路，所述第一相位估计电路耦接到所述第一滤波器的输出端子并被配置成根据所述第一输入信号和所述第一正交来估计第一相位；第二相位估计电路，所述第二相位估计电路耦接到所述第二滤波器的输出端子并被配置成根据所述第二输入信号和所述第二正交来估计第二相位；和相位偏移电路，所述相位偏移电路耦接到所述第一相位估计电路和所述第二相位估计电路的所述输出端子并被配置成基于所述第一相位和所述第二相位来计算相位偏移。

【技术特征摘要】
2018.03.01 US 15/908,9311.一种能够接收第一输入信号和第二输入信号的集成电路，其特征在于包括：第一滤波器，所述第一滤波器被配置成计算所述第一输入信号的第一正交；第二滤波器，所述第二滤波器被配置成计算所述第二输入信号的第二正交；第一相位估计电路，所述第一相位估计电路耦接到所述第一滤波器的输出端子并被配置成根据所述第一输入信号和所述第一正交来估计第一相位；第二相位估计电路，所述第二相位估计电路耦接到所述第二滤波器的输出端子并被配置成根据所述第二输入信号和所述第二正交来估计第二相位；和相位偏移电路，所述相位偏移电路耦接到所述第一相位估计电路和所述第二相位估计电路的所述输出端子并被配置成基于所述第一相位和所述第二相位来计算相位偏移。2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征还在于包括：第一校正电路，所述第一校正电路被配置成：向所述第一输入信号和所述第二输入信号施加固定增益；以及向所述第一输入信号和所述第二输入信号施加粗略DC偏移校正；和第二校正电路，所述第二校正电路耦接到所述第一校正电路的输出端子并被配置成：向所述第一输入信号和所述第二输入信号施加动态增益；以及向所述第一输入信号和所述第二输入信号施加精细DC偏移校正。3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于所述第二校正电路包括：峰值和谷值检测电路，所述峰值和谷值检测电路被配置成计算第一信道数据和第二信道数据中的每一个的峰值和谷值；偏移校正电路，所述偏移校正电路耦接到所述峰值和谷值检测电路并被配置成施加第二DC偏移校正；和增益校正电路，所述增益校正电路耦接到所述偏移校正电路并被配置成根据理想峰值信号来施加增益校正。4.根据权利要求1所述的集成电路，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·M·内拉亚努鲁，J·D·奥尔古德，
申请(专利权)人：半导体组件工业公司，
类型：发明
国别省市：美国,US