光学编码器及其内插电路与运作方法技术

一种光学编码器的内插电路，包含相位移电路、两个多任务器、两个数字电路以及四个比较器。相位移电路接收相位差依序为90度的信号并输出多个相位移信号。两个多任务器的每一者接收一半所述多个相位移信号并分别输出两对相位差180度的相位移信号至与其连接的两个比较器。两个数字电路的每一者控制相对应的多任务器从输入的一半所述多个相位移信号选择所述两对相位移信号。

Optical encoder and its interpolation circuit and operation method

【技术实现步骤摘要】
光学编码器及其内插电路与运作方法
本专利技术有关一种光学编码器，更特别有关一种光学编码器及其内插电路与运作方法，其具有低运作耗能、低硅晶面积及高定位精确度。
技术介绍
请参照图1所示，其为已知光学编码器的方框图，该光学编码器包含光源11、编码盘(或编码带)13、光二极管15以及比较电路17。所述光二极管15检测光源11所发出并穿过编码盘/带13的光，并通过转阻放大器(TIA)输出相位差依序为90度的四个信号A、A’、B及B’。比较电路17比较信号A、A’、B及B’并产生两个输出信号CHA及CHB。图2显示输出信号CHA及CHB的时序图，从图中可看出由于输出信号CHA及CHB的电压准位在编码盘/带13的一个周期具有4个状态，故可用于表示编码盘/带13的四个位置。然而，为增加位置辨识精度，仅具有四种信号的组合并不足够。图3显示一种已知的4倍内插电路，其包含相位移电路31、多个比较器33、多个第一互斥或(XOR)门35以及多个第二互斥或门37。图4则显示图3的比较信号out1～out8及输出信号CHA及CHB的时序图。由图4可看出，输出信号CHA及CHB在编码盘/带13的一个周期能标示16个状态，因而达成了4倍的位置精度。然而，当需要更高位置精度时，使用图3的架构则需要使用更多个比较器。例如，如果内插因子(interpolationfactor)为n，则必需使用2n个比较器，其不但会提高整体耗能，占用更多面积，多个比较器的磁滞失配(hysteresismismatch)更会降低检测精确度。有鉴于此，具有低硅晶面积、低耗能及高精度的光学编码器实为所需。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于高内插因子系统的光学编码器及其内插电路与运作方法，其仅需要使用4个比较器，故具有低耗能、小硅晶面积并可达成高位置精度。本专利技术提供一种包含相位移电路、第一多任务器、第二多任务器、第一比较器、第二比较器、第一数字电路、第三比较器、第四比较器以及第二数字电路的光学编码器的内插电路。所述相位移电路用于接收相位依序相差90度的第一信号、第二信号、第三信号及第四信号，并输出4N个相位移信号，其中N为内插因子。所述第一多任务器用于从所述相位移电路接收所述4N个相位移信号中的2N个相位移信号。所述第二多任务器用于从所述相位移电路接收所述4N个相位移信号中的剩下的2N个相位移信号。所述第一比较器用于通过所述第一多任务器接收第一对相位移信号，并产生第一比较信号。所述第二比较器用于通过所述第一多任务器接收第二对相位移信号，并产生第二比较信号。所述第一数字电路用于根据所述第一比较信号及所述第二比较信号决定是否改变所述2N个相位移信号中分别被输入至所述第一比较器及所述第二比较器的所述第一对相位移信号及所述第二对相位移信号。所述第三比较器用于通过所述第二多任务器接收第三对相位移信号，并产生第三比较信号。所述第四比较器用于通过所述第二多任务器接收第四对相位移信号，并产生第四比较信号。所述第二数字电路用于根据所述第三比较信号及所述第四比较信号决定是否改变所述剩下的2N个相位移信号中分别被输入至所述第三比较器及所述第四比较器的所述第三对相位移信号及所述第四对相位移信号。本专利技术还提供一种包含多个光二极管以及内插电路的光学编码器。所述多个光二极管用于接收调变光并产生相位依序相差90度的第一信号、第二信号、第三信号及第四信号。所述内插电路包含相位移电路、第一多任务器、第二多任务器、第一比较器、第二比较器、第三比较器及第四比较器。所述相位移电路用于根据所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号及所述第四信号输出4N个相位移信号，其中N为内插因子。所述第一多任务器及第二多任务器连接所述相位移电路用于接收所述4N个相位移信号。所述第一比较器及所述第二比较器用于通过所述第一多任务器分别接收第一对相位移信号及第二对相位移信号。所述第三比较器及所述第四比较器用于通过所述第二多任务器分别接收第三对相位移信号及第四对相位移信号。所述相位移电路输出的所述4N个相位移信号中的2N个相位移信号通过所述第一多任务器选择耦接至所述第一比较器及所述第二比较器，所述相位移电路输出的所述4N个相位移信号中的剩下的2N个相位移信号通过所述第二多任务器选择耦接至所述第三比较器及所述第四比较器。本专利技术还提供一种光学编码器的内插电路的运作方法。所述内插电路包含相位移电路、第一多任务器、第一比较器、第二比较器以及第一数字电路。所述相位移电路接收相位依序相差90度的第一信号、第二信号、第三信号及第四信号并输出4N个相位移信号。所述第一多任务器包含N/2个第一开关控制及N/2个第二开关。所述运作方法包含：以所述第一数字电路导通所述N/2个第一开关其中一者以使得所述第一比较器接收第一对相位移信号并产生第一比较信号；以所述第一数字电路导通所述N/2个第二开关其中一者以使得所述第二比较器接收第二对相位移信号并产生第二比较信号；比较所述第一比较信号及所述第二比较信号；当所述第一比较信号及所述第二比较信号不同时，维持目前导通的所述第一开关及所述第二开关继续导通；以及当所述第一比较信号及所述第二比较信号相同时，导通所述N/2个第一开关的下一个第一开关或导通所述N/2个第二开关的下一个第二开关。本专利技术实施方式中，相位移电路是以电阻串(resistorstring)来实现移相输入信号以产生不同的相位移信号。相位移电路中的电阻根据正弦、余弦、反正弦(arcsine)及反余弦(arccosine)函数决定其数值。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显，下文将配合所附图示，详细说明如下。此外，于本专利技术的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此合先述明。附图说明图1是已知的光学编码器的方框图；图2是图1的光学编码器的输出信号的示意图；图3是已知的光学编码器的内插电路的示意图；图4是图3的内插电路的信号时序图；图5是本专利技术实施例的光学编码器及其内插电路的方框图；图6是本专利技术实施例的光学编码器的内插电路的多任务器的示意图；图7是本专利技术实施例的光学编码器的内插电路的不同比较器的输入相位移信号；图8是本专利技术实施例的光学编码器的内插电路的运作示意图；图9是图8的光学编码器的内插电路的运作状态；图10是本专利技术实施例的光学编码器的内插电路的运作方法的流程图；图11是图5的光学编码器的内插电路的信号时序图。附图标记说明500光学编码器51光源52编码盘/带53光二极管55内插电路551相位移电路5531、5533数字电路5551、5553时脉产生器MUXA、MUXB多任务器C1、C2、C3、C4比较器A0、A1、B0、B1比较信号具体实施方式本专利技术实施例的光学编码器的内插电路不需随着内插因子(interpolationfactor)提高而增加配置的比较器。不论内插因子为多少，都仅使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学编码器的内插电路，该内插电路包含：/n相位移电路，该相位移电路用于接收相位依序相差90度的第一信号、第二信号、第三信号及第四信号，并输出4N个相位移信号，其中N为内插因子；/n第一多任务器，该第一多任务器用于从所述相位移电路接收所述4N个相位移信号中的2N个相位移信号；/n第二多任务器，该第二多任务器用于从所述相位移电路接收所述4N个相位移信号中的剩下的2N个相位移信号；/n第一比较器，该第一比较器用于通过所述第一多任务器接收第一对相位移信号，并产生第一比较信号；/n第二比较器，该第二比较器用于通过所述第一多任务器接收第二对相位移信号，并产生第二比较信号；/n第一数字电路，该第一数字电路用于根据所述第一比较信号及所述第二比较信号决定是否改变所述2N个相位移信号中分别被输入至所述第一比较器及所述第二比较器的所述第一对相位移信号及所述第二对相位移信号；/n第三比较器，该第三比较器用于通过所述第二多任务器接收第三对相位移信号，并产生第三比较信号；/n第四比较器，该第四比较器用于通过所述第二多任务器接收第四对相位移信号，并产生第四比较信号；以及/n第二数字电路，该第二数字电路用于根据所述第三比较信号及所述第四比较信号决定是否改变所述剩下的2N个相位移信号中分别被输入至所述第三比较器及所述第四比较器的所述第三对相位移信号及所述第四对相位移信号。/n...

【技术特征摘要】
20181126 US 62/771,278;20190531 US 16/427,8721.一种光学编码器的内插电路，该内插电路包含：
相位移电路，该相位移电路用于接收相位依序相差90度的第一信号、第二信号、第三信号及第四信号，并输出4N个相位移信号，其中N为内插因子；
第一多任务器，该第一多任务器用于从所述相位移电路接收所述4N个相位移信号中的2N个相位移信号；
第二多任务器，该第二多任务器用于从所述相位移电路接收所述4N个相位移信号中的剩下的2N个相位移信号；
第一比较器，该第一比较器用于通过所述第一多任务器接收第一对相位移信号，并产生第一比较信号；
第二比较器，该第二比较器用于通过所述第一多任务器接收第二对相位移信号，并产生第二比较信号；
第一数字电路，该第一数字电路用于根据所述第一比较信号及所述第二比较信号决定是否改变所述2N个相位移信号中分别被输入至所述第一比较器及所述第二比较器的所述第一对相位移信号及所述第二对相位移信号；
第三比较器，该第三比较器用于通过所述第二多任务器接收第三对相位移信号，并产生第三比较信号；
第四比较器，该第四比较器用于通过所述第二多任务器接收第四对相位移信号，并产生第四比较信号；以及
第二数字电路，该第二数字电路用于根据所述第三比较信号及所述第四比较信号决定是否改变所述剩下的2N个相位移信号中分别被输入至所述第三比较器及所述第四比较器的所述第三对相位移信号及所述第四对相位移信号。


2.根据权利要求1所述的内插电路，其中所述第一信号为正弦信号、所述第二信号为余弦信号、所述第三信号与所述第一信号为180度反相，且所述第四信号与所述第二信号为180度反相。


3.根据权利要求1所述的内插电路，其中
当所述第一比较信号及所述第二比较信号为不同电压准位时，所述第一数字电路不改变所述2N个相位移信号中分别被输入至所述第一比较器及所述第二比较器的所述第一对相位移信号及所述第二对相位移信号，且
当所述第一比较信号及所述第二比较信号为相同电压准位时，所述第一数字电路改变所述2N个相位移信号中分别被输入至所述第一比较器及所述第二比较器的所述第一对相位移信号及所述第二对相位移信号。


4.根据权利要求1所述的内插电路，其中
当所述第三比较信号及所述第四比较信号为不同电压准位时，所述第二数字电路不改变所述剩下的2N个相位移信号中分别被输入至所述第三比较器及所述第四比较器的所述第三对相位移信号及所述第四对相位移信号，且
当所述第三比较信号及所述第四比较信号为相同电压准位时，所述第二数字电路改变所述剩下的2N个相位移信号中分别被输入至所述第三比较器及所述第四比较器的所述第三对相位移信号及所述第四对相位移信号。


5.根据权利要求1所述的内插电路，其中
所述第一对相位移信号彼此相差180度相位；
所述第二对相位移信号与所述第一对相位移信号分别具有360°×2/4N相位差；
所述第三对相位移信号与所述第一对相位移信号分别具有360°/4N相位差；且
所述第四对相位移信号与所述第一对相位移信号分别具有360°×3/4N相位差。


6.根据权利要求5所述的内插电路，其中所述第一对相位移信号包含sinθ1及sin(θ1+180°)，其中θ1＝4n×360°/4N且n是0～(N/2)-1的整数。


7.根据权利要求1所述的内插电路，还包含：
第一时脉产生器用于产生第一时脉信号至所述第一数字电路；及
第二时脉产生器用于产生第二时脉信号至所述第二数字电路。


8.根据权利要求1所述的内插电路，其中所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号及所述第四信号为斜坡信号。


9.一种光学编码器，该光学编码器包含：
多个光二极管，该多个光二极管用于接收调变光并产生相位依序相差90度的第一信号、第二信号、第三信号及第四信号；以及
内插电路，该内插电路包含：
相位移电路，该相位移电路用于根据所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号及所述第四信号输出4N个相位移信号，其中N为内插因子；
第一多任务器及第二多任务器，连接所述相位移电路用于接收所述4N个相位移信号；
第一比较器及第二比较器，用于通过所述第一多任务器分别接收第一对相位移信号及第二对相位移信号；及
第三比较器及第四比较器，用于通过所述第二多任务器分别接收第三对相位移信号及第四对相位移信号，其中，所述相位移电路输出的所述4N个相位移信号中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂瑞玲，周锦荣，
申请(专利权)人：原相科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71