细分割装置及应用该细分割装置的测量系统的制作方法

专利名称：细分割装置及应用该细分割装置的测量系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种细分割装置及应用该细分割装置的测量系统，特别是有关于一种利用电阻炼阵列的细分割装置，及应用该细分割装置的测量系统。
背景技术：
图1a显示感测装置的输出信号。不论任何型式的位置或角度感测装置(磁性尺、光学尺、雷射干涉仪...等)均会输出二个具相位差的弦波信号作为电子电路处理读头位置变化的依据。如图1a所示，假设，感测装置所输出的弦波信号为SIN及COS。
感测装置的输出信号的周期与感测装置所能解析的最小距离有关。为了提高感测装置的分辨率，则需缩小输出信号的周期。习知解决方法有二，一是利用高精密度的元件组成感测装置，但高精密度的元件成本相当的高。另一提高感测装置的分辨率的方法是利用电子细分割装置，缩小感测装置所产生的弦波信号周期。
图1b为图1a未经电子细分割的信号。图1c为图1a经10倍电子细分割后的信号。如图1c所示，电子细分割装置将感测装置的输出信号分割成10个脉冲信号，使得感测装置输出信号的周期变小。图1b与图1c的输出方波分别称为A、B及A′、B′。
图2显示习知电子细分割装置的方块图。如图所示，电子细分割20包括电阻炼阵列22、比较器阵列24及处理电路26。电阻炼阵列22接收±sinθ及±cosθ；其中sinθ及cosθ为感测装置的输出信号，将感测装置的输出信号反相后即可得-sinθ及-cosθ。电阻炼阵列22改变±sinθ及±cosθ的相位，用以产生2N个相位差为Δ的弦波；其中，N为电子细分割的倍率。假设，电子细分割的倍率为10时，则电阻炼阵列22将输出20个相位差为Δ的弦波。
比较器阵列24将2N个相位差为Δ的弦波转换成2N个数字信号予处理电路26。处理电路26再输出如图1c所示的方波信号A′与B′。
其中，由于比较器阵列24是将2N个弦波转换成数字信号，因此，当电阻炼阵列22将输出20个相位差为Δ的弦波时，则比较器阵列24需20个比较器。当电子细分割的倍率愈大时，则比较器的数量也就愈多，造成电子细分割的电路结构体积庞大，而无法将电子细分割装置与感测装置的读头结合。除此之外，在电路集成化时，大量的比较器占据大部分的布局面积，进而增加成本，不利于市场竞争。

发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种测量系统，将细分割装置与感测装置结合，用以提高感测装置的分辨率。
本发明的另一目的在于提出一种细分割装置，减少比较器的数量，使得细分割装置的体积缩小。
为了达到上述主要目的，本发明提供一种测量系统，包括一感测装置、一第一及第二相移信号产生单元、相位判断单元以及波形产生单元。感测装置，根据待测物的位置变化，输出具相位差的弦波信号。第一相移信号产生单元，根据感测装置的输出信号，产生X个相位差为Δ1的第一弦波信号及第一数字信号。相位判断单元，耦接第一数字信号，将一圆周定义出2×X个相位区间，并判断第一弦波信号所落入的相位区间。第二相移信号产生单元，依据相位判断单元的判断结果而选择性地输入一部分的第一弦波信号或输入信号，以产生Y个相位差为Δ2的第二数字信号，其中， 波形产生单元，耦接第一数字信号及该等第二数字信号，以产生细分割信号A与B，该等细分割信号的周期是为该等输入信号周期的 为达到本发明的另一目的，本发明提供一种细分割装置，用以将输入信号的周期缩小，包括一第一及第二相移信号产生单元、一相位判断单元以及一波形产生单元。第一相移信号产生单元，接收具相位差的弦波信号，产生X个相位差为Δ1的第一弦波信号及第一数字信号。相位判断单元，耦接第一数字信号，将一圆周定义出2×X个相位区间，并判断第一弦波信号所落入的相位区间。第二相移信号产生单元，依据相位判断单元的判断结果而选择性地输入一部分的第一弦波信号或输入信号，以产生Y个相位差为Δ2的第二数字信号，其中， 波形产生单元，耦接第一数字信号及第二数字信号，以产生细分割信号A与B，该等细分割信号的周期是为输入信号周期的 本发明将细分割装置与感测装置结合，提高感测装置的分辨率。并且简化细分割装置的电路结构，在电路集成化时，减少所需的布局面积，进而降低成本，提高竞争力。


图1a显示感测装置的输出信号；图1b为未经电子细分割的信号；图1c为经10倍电子细分割后的信号；图2显示习知电子细分割的方块图；
图3显示本发明的测量系统方块图；图4显示本发明的细分割装置的一可能电路图；图5a显示第一电阻炼阵列的输出信号；图5b显示第一转换单元的输出信号；图6a显示相位区间示意图；图6b显示波形产生单元的输出信号。
符号说明20、30细分割装置22电阻炼阵列24比较器阵列26处理电路32第一相移信号产生单元321第一电阻炼阵列322第一转换单元34第二相移信号产生单元341开关单元342第二电阻炼阵列343第二转换单元36相位判断单元361决策单元38波形产生单元R1～R12电阻Buf1、Buf2缓冲器CMP1～CMP8比较器SW1～SW5开关
具体实施例方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下图3显示本发明的测量系统方块图。如图所示，测量系统包括细分割装置30及感测装置40。细分割装置30接收感测装置40的输出信号，并将感测装置40的输出信号的周期减小，用以提高感测装置40的分辨率。其中，感测装置40是为位置或角度感测，例如旋转编码器、磁性尺、光学尺或雷射干涉仪。并且感测装置40的输出信号包括至少一对互相正交(相位差90度)的弦波信号。
本发明并不限定细分割装置30所接收的信号，为方便说明起见，本实施例以±sinθ及±cosθ作为细分割装置30的输入信号。
细分割装置30包括一第一相移信号产生单元32、一第二相移信号产生单元34、一相位判断单元36以及一波形产生单元38。
第一相移信号产生单元32，接收输入信号±sinθ及±cosθ，用以产生第一弦波信号S1及第一数字信号D1。其中，第一弦波信号S1具有X个相位差为Δ1弦波信号sinθ、sin(θ+Δ1)、sin(θ+2Δ1)、...、cosθ、cos(θ+Δ1)、cos(θ+2Δ1)、...。第一数字信号D1亦具有X个相位差为Δ1的数字信号US0、US1、US2、...、UC0、UC1、UC2、...。
相位判断单元36，耦接第一数字信号D1，将一圆周定义出2×X个相位区间，并判断第一弦波信号S1所落入的相位区间。
第二相移信号产生单元34，依据相位判断单元36所输出的相位指示信号CTR而选择性地接收一部分的第一弦波信号S1或输入信号-sinθ及-cosθ，以产生第二数字信号D2。其中，第二数字信号D2具有Y个相位差为Δ2的数字信号UK1、UK2、UK3、...、UKY；其中，
波形产生单元38，耦接第一数字信号D1及第二数字信号D2，以产生细分割信号A、B，细分割信号A、B的周期是为输入信号±sinθ及±cosθ周期的 图4显示本发明的细分割装置的一可能电路图。假设，细分割装置30所接收的输入信号为±sinθ及cosθ。如图所示，第一相移信号产生单元32是由第一电阻炼阵列321及第一转换单元322所组成。
第一电阻炼阵列321具有电阻R1～R4以及缓冲器Buf1、Buf2。电阻R1及R2串联于输入信号sinθ及cosθ之间，因此可得一相移信号。但电阻会衰减输入信号sinθ及cosθ的振幅，故透过缓冲器Buf1放大该相移信号的振幅，在本实施例中，缓冲器Buf1输出信号为sin(θ+Δ1)；其中，缓冲器Buf1的放大倍率亦可为1。
控制电阻R1及R2的阻值，便可改变相位Δ1，在本实施例中，Δ1为45°；如上述原理，电阻R3及R4串联于输入信号cosθ及-sinθ之间，经过缓冲器Buf2放大后，可得到cos(θ+45°)；其中，缓冲器Buf2的放大倍率亦可为1。
根据电阻炼阵列的电阻串联数目不同，可产生不同数量的弦波信号。当电阻炼阵列内部电阻值不同时，则每一弦波信号的相位差Δ1亦会不同。
第一转换单元322，具有比较器CMP1～CMP4用以将sinθ、sin(θ+45°)、cosθ及cos(θ+45°)转换成第一数字信号D1；其中，第一数字信号D1包括U0、U45、U90以及U135。由于第一电阻炼阵列321所接收的输入信号sinθ与-sinθ互为反相信号，故只将sinθ转换为数字信号，而不需将-sinθ也转换为数字信号。
相位判断单元36，根据第一数字信号D1，将一圆周定义出2×X个相位区间，并判断第一弦波信号S1所落入的相位区间。其中，相位判断单元36包括一决策单元361，接收第一数字信号D1，决定第一数字信号D1，所落入的相位区间，并输出相位指示信号1～8。
相位指示信号1代表0°～45°；相位指示信号2代表45～90°；相位指示信号3代表90°～135°；相位指示信号4代表135°～180°；相位指示信号5代表180°～225°；相位指示信号6代表225°～270°；相位指示信号7代表270°～315°；相位指示信号8代表315°～360°。
第二相移信号产生单元34，是由开关单元341、第二电阻炼阵列342及第二转换单元343所组成。
开关单元341，具有开关SW1～SW5分别耦接弦波信号±sinθ、cosθ、sin(θ+45°)及cos(θ+45°)，并依据决策单元361所输出的相位指示信号1～8，而输出一部分的弦波信号±sinθ、cosθ、sin(θ+45°)及cos(θ+45°)。
当相位判断单元36输出相位指示信号1时，则开关SW5及SW3导通，其余不导通。因此，选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分别为cos(θ+45°)及-sinθ。当判断单元36输出相位指示信号2时，则开关SW5及SW2导通，其余不导通。因此，选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分别为cos(θ+45°)及cosθ。其它依此类推。
第二电阻炼阵列342，具有电阻R5～R12，分别接收选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)，以产生第二弦波信号S2。在本实施例中，第二弦波信号S2具有4个弦波信号V1P～V4P；并且每一弦波信号的相位差为Δ2。
假设，选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分别为cosθ及cos(θ+45°)时，则弦波信号V1P＝k1cos(θ+9°)、弦波信号V2P＝k2cos(θ+18°)、弦波信号V3P＝k3cos(θ+27°)及弦波信号V4P＝k4cos(θ+36°)；每个信号的相位差Δ2均为9°；其中，k1～k4为经过电阻分压后，被衰减的弦波信号振幅。
第二转换单元34 3，具有比较器CMP5～CMP8分别接收弦波信号V1P～V4P，用以将其转换成第二数字信号D2予波形产生单元38。其中，第二数字信号D2包括数字信号UK1～UK4。
波形产生单元38接收第一数字信号D1及第二数字信号D2，以产生细分割信号A、B。另外，当细分割装置的倍率为10时，则细分割信号A、B的周期为输入信号sinθ周期的 如图4所示，本发明的细分割装置30共有8个比较器，相较于习知，习知的细分割装置需20个比较器，本发明大大减少比较器的数目，不但简化细分割装置的电路结构，并在电路集成化时，减少所需的布局面积，进而降低成本，提高竞争力。
图5a显示第一电阻炼阵列的输出弦波信号。由于电阻会衰减输入信号的振幅，当第一电阻炼阵列的输出弦波信号未经过缓冲器放大时(即缓冲器Buf1与缓冲器Buf2的放大倍率皆为1)，则第一电阻炼阵列所产生的相移信号为kSsin(θ+45°)及kCcos(θ+45°)；其中，kS及kC代表输入信号经过电阻分压后所衰减的振幅。
图5b显示第一转换单元的输出信号。图6a显示相位区间示意图。如图所示，假设第一电阻炼阵列的输出弦波信号的振幅，未经过缓冲器放大，则区间PR1～PR8是由sinθ、kSsin(θ+45°)、cosθ、及kCcos(θ+45°)所定义。
其中，区间PR1及PR5的选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分别为kCcos(θ+45°)及-sinθ；区间PR2、PR6的选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分别为kCcos(θ+45°)及cosθ；区间PR3、PR7的选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分别为kSsin(θ+45°)及cosθ；区间PR4、PR8的选择合成信号VRP(θ)及VRN(θ)分另为kSsin(θ+45°)及sinθ。
图6b显示波形产生单元的输出信号。当波形产生单元38接收第一数字信号D1及第二数字信号D2，以产生细分割信号A、B。
另外，本实施例是揭露二个相移信号产生单元；但并不限定相移信号产生单元的数目，若使用三个以上的相移信号产生单元时，除第一相移信号产生单元之外，其余相移信号产生单元均需配合一相位判断单元，方能正确判断弦波信号所落入的相位区间。由于三个以上的相移信号产生单元连接方式与上述二个相移信号产生单元连接方式相同，故不再赘述。
权利要求
1.一种测量系统，其特征在于所述测量系统包括一感测装置，根据一待测物的位置变化，输出复数信号；一第一相移信号产生单元，接收该感测装置的输出信号，产生X个相位差为Δ1的第一弦波信号及第一数字信号；一相位判断单元，耦接该X个第一数字信号，将一圆周定义出2×X个相位区间，并判断该X个第一弦波信号所落入的相位区间；一第二相移信号产生单元，依据该相位判断单元的判断结果而选择性地输入一部分的该X个第一弦波信号或该输入信号，以产生Y个相位差为Δ2的第二数字信号，其中， 以及一波形产生单元，耦接该第一数字信号及该第二数字信号，以产生复数细分割信号，该细分割信号的周期是为该输入信号周期的2X×(Y+1).]]>
2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该第一相移信号产生单元，包括一第一电阻炼阵列，透过变化其内部的电阻值而调整该第一弦波信号的相位差；以及一第一转换单元，耦接该X个第一弦波信号，用以将其转换成X个第一数字信号。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于该第一转换单元是由复数比较器所构成。
4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该相位判断单元，包括一决策单元，耦接该X个第一数字信号，决定该X个第一弦波信号所落入的相位区间，并输出一相位指示信号。
5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该第二相移信号产生单元，包括复数开关单元，分别耦接该X个第一弦波信号或该输入信号，并依据相位指示信号而导通一部分的该开关单元，而输出复数合成选择信号；一第二电阻炼阵列，耦接该选择合成信号，以产生该Y个第二弦波信号；以及一第二转换单元，耦接该Y个第二弦波信号，用以将其转换成Y个第二数字信号。
6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于该第二转换单元是由复数比较器所构成。
7.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该感测装置的输出信号包括至少一对互相正交的弦波信号。
8.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于该感测装置是为一位置或角度传感器。
9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于该角度传感器是为磁性尺、光学尺或雷射干涉仪。
10.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于该位置传感器是为一旋转编码器。
11.一种细分割装置，用以将输入信号的周期缩小，其特征在于所述细分割装置包括一第一相移信号产生单元，接收复数输入信号，产生X个相位差为Δ1的第一弦波信号及第一数字信号；一相位判断单元，耦接该X个第一数字信号，将一圆周定义出2×X个相位区间，并判断该X个第一弦波信号所落入的相位区间；一第二相移信号产生单元，依据该相位判断单元的判断结果而选择性地输入一部分的该X个第一弦波信号或该输入信号，以产生Y个相位差为Δ2的第二数字信号，其中， 以及一波形产生单元，耦接该第一数字信号及该第二数字信号，以产生复数细分割信号，该细分割信号的周期是为该输入信号周期的2X×(Y+1).]]>
12.根据权利要求11所述的细分割装置，其特征在于该复数输入信号包括至少一对互相正交的弦波信号。
13.根据权利要求11所述的细分割装置，其特征在于该第一相移信号产生单元包括一第一电阻炼阵列，透过变化其内部的电阻值而调整该第一弦波信号的相位差；以及一第一转换单元，耦接该X个第一弦波信号，用以将其转换成X个第一数字信号。
14.根据权利要求13所述的细分割装置，其特征在于该第一转换单元是由复数比较器所构成。
15.根据权利要求11所述的细分割装置，其特征在于该相位判断单元，包括一决策单元，耦接该X个第一数字信号，决定该X个第一弦波信号所落入的相位区间，并输出一相位指示信号。
16.根据权利要求11所述的细分割装置，其特征在于该第二相移信号产生单元，包括复数开关单元，分别耦接该X个第一弦波信号或该输入信号，并依据相位指示信号而导通一部分的该开关单元，而输出复数合成选择信号；一第二电阻炼阵列，耦接该选择合成信号，以产生该Y个第二弦波信号；以及一第二转换单元，耦接该Y个第二弦波信号，用以将其转换成Y个数字信号。
17.根据权利要求16所述的细分割装置，其特征在于该第二转换单元是由复数比较器所构成。
全文摘要
本发明是一种细分割装置及应用该细分割装置的测量系统。所述细分割装置具有二个以上的相移信号产生单元，用以减少比较器数目，进而节省电路成本；其中，应用该细分割装置的测量系统亦一并揭露。
文档编号G01B11/02GK1667356SQ200410008518
公开日2005年9月14日 申请日期2004年3月11日 优先权日2004年3月11日
发明者杨景荣 申请人:财团法人工业技术研究院