專利名稱：細分割裝置及應用該細分割裝置的測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種細分割裝置及應用該細分割裝置的測量系統(tǒng)，特別是有關于一種利用電阻煉陣列的細分割裝置，及應用該細分割裝置的測量系統(tǒng)。
背景技術：
圖1a顯示感測裝置的輸出信號。不論任何型式的位置或角度感測裝置(磁性尺、光學尺、雷射干涉儀...等)均會輸出二個具相位差的弦波信號作為電子電路處理讀頭位置變化的依據(jù)。如圖1a所示，假設，感測裝置所輸出的弦波信號為SIN及COS。
感測裝置的輸出信號的周期與感測裝置所能解析的最小距離有關。為了提高感測裝置的分辨率，則需縮小輸出信號的周期。習知解決方法有二，一是利用高精密度的元件組成感測裝置，但高精密度的元件成本相當?shù)母摺Ａ硪惶岣吒袦y裝置的分辨率的方法是利用電子細分割裝置，縮小感測裝置所產(chǎn)生的弦波信號周期。
圖1b為圖1a未經(jīng)電子細分割的信號。圖1c為圖1a經(jīng)10倍電子細分割后的信號。如圖1c所示，電子細分割裝置將感測裝置的輸出信號分割成10個脈沖信號，使得感測裝置輸出信號的周期變小。圖1b與圖1c的輸出方波分別稱為A、B及A′、B′。
圖2顯示習知電子細分割裝置的方塊圖。如圖所示，電子細分割20包括電阻煉陣列22、比較器陣列24及處理電路26。電阻煉陣列22接收±sinθ及±cosθ；其中sinθ及cosθ為感測裝置的輸出信號，將感測裝置的輸出信號反相后即可得-sinθ及-cosθ。電阻煉陣列22改變±sinθ及±cosθ的相位，用以產(chǎn)生2N個相位差為Δ的弦波；其中，N為電子細分割的倍率。假設，電子細分割的倍率為10時，則電阻煉陣列22將輸出20個相位差為Δ的弦波。
比較器陣列24將2N個相位差為Δ的弦波轉換成2N個數(shù)字信號予處理電路26。處理電路26再輸出如圖1c所示的方波信號A′與B′。
其中，由于比較器陣列24是將2N個弦波轉換成數(shù)字信號，因此，當電阻煉陣列22將輸出20個相位差為Δ的弦波時，則比較器陣列24需20個比較器。當電子細分割的倍率愈大時，則比較器的數(shù)量也就愈多，造成電子細分割的電路結構體積龐大，而無法將電子細分割裝置與感測裝置的讀頭結合。除此之外，在電路集成化時，大量的比較器占據(jù)大部分的布局面積，進而增加成本，不利于市場競爭。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種測量系統(tǒng)，將細分割裝置與感測裝置結合，用以提高感測裝置的分辨率。
本發(fā)明的另一目的在于提出一種細分割裝置，減少比較器的數(shù)量，使得細分割裝置的體積縮小。
為了達到上述主要目的，本發(fā)明提供一種測量系統(tǒng)，包括一感測裝置、一第一及第二相移信號產(chǎn)生單元、相位判斷單元以及波形產(chǎn)生單元。感測裝置，根據(jù)待測物的位置變化，輸出具相位差的弦波信號。第一相移信號產(chǎn)生單元，根據(jù)感測裝置的輸出信號，產(chǎn)生X個相位差為Δ1的第一弦波信號及第一數(shù)字信號。相位判斷單元，耦接第一數(shù)字信號，將一圓周定義出2×X個相位區(qū)間，并判斷第一弦波信號所落入的相位區(qū)間。第二相移信號產(chǎn)生單元，依據(jù)相位判斷單元的判斷結果而選擇性地輸入一部分的第一弦波信號或輸入信號，以產(chǎn)生Y個相位差為Δ2的第二數(shù)字信號，其中， 波形產(chǎn)生單元，耦接第一數(shù)字信號及該等第二數(shù)字信號，以產(chǎn)生細分割信號A與B，該等細分割信號的周期是為該等輸入信號周期的 為達到本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供一種細分割裝置，用以將輸入信號的周期縮小，包括一第一及第二相移信號產(chǎn)生單元、一相位判斷單元以及一波形產(chǎn)生單元。第一相移信號產(chǎn)生單元，接收具相位差的弦波信號，產(chǎn)生X個相位差為Δ1的第一弦波信號及第一數(shù)字信號。相位判斷單元，耦接第一數(shù)字信號，將一圓周定義出2×X個相位區(qū)間，并判斷第一弦波信號所落入的相位區(qū)間。第二相移信號產(chǎn)生單元，依據(jù)相位判斷單元的判斷結果而選擇性地輸入一部分的第一弦波信號或輸入信號，以產(chǎn)生Y個相位差為Δ2的第二數(shù)字信號，其中， 波形產(chǎn)生單元，耦接第一數(shù)字信號及第二數(shù)字信號，以產(chǎn)生細分割信號A與B，該等細分割信號的周期是為輸入信號周期的 本發(fā)明將細分割裝置與感測裝置結合，提高感測裝置的分辨率。并且簡化細分割裝置的電路結構，在電路集成化時，減少所需的布局面積，進而降低成本，提高競爭力。


圖1a顯示感測裝置的輸出信號；圖1b為未經(jīng)電子細分割的信號；圖1c為經(jīng)10倍電子細分割后的信號；圖2顯示習知電子細分割的方塊圖；
圖3顯示本發(fā)明的測量系統(tǒng)方塊圖；圖4顯示本發(fā)明的細分割裝置的一可能電路圖；圖5a顯示第一電阻煉陣列的輸出信號；圖5b顯示第一轉換單元的輸出信號；圖6a顯示相位區(qū)間示意圖；圖6b顯示波形產(chǎn)生單元的輸出信號。
符號說明20、30細分割裝置22電阻煉陣列24比較器陣列26處理電路32第一相移信號產(chǎn)生單元321第一電阻煉陣列322第一轉換單元34第二相移信號產(chǎn)生單元341開關單元342第二電阻煉陣列343第二轉換單元36相位判斷單元361決策單元38波形產(chǎn)生單元R1～R12電阻Buf1、Buf2緩沖器CMP1～CMP8比較器SW1～SW5開關
具體實施例方式
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下圖3顯示本發(fā)明的測量系統(tǒng)方塊圖。如圖所示，測量系統(tǒng)包括細分割裝置30及感測裝置40。細分割裝置30接收感測裝置40的輸出信號，并將感測裝置40的輸出信號的周期減小，用以提高感測裝置40的分辨率。其中，感測裝置40是為位置或角度感測，例如旋轉編碼器、磁性尺、光學尺或雷射干涉儀。并且感測裝置40的輸出信號包括至少一對互相正交(相位差90度)的弦波信號。
本發(fā)明并不限定細分割裝置30所接收的信號，為方便說明起見，本實施例以±sinθ及±cosθ作為細分割裝置30的輸入信號。
細分割裝置30包括一第一相移信號產(chǎn)生單元32、一第二相移信號產(chǎn)生單元34、一相位判斷單元36以及一波形產(chǎn)生單元38。
第一相移信號產(chǎn)生單元32，接收輸入信號±sinθ及±cosθ，用以產(chǎn)生第一弦波信號S1及第一數(shù)字信號D1。其中，第一弦波信號S1具有X個相位差為Δ1弦波信號sinθ、sin(θ+Δ1)、sin(θ+2Δ1)、...、cosθ、cos(θ+Δ1)、cos(θ+2Δ1)、...。第一數(shù)字信號D1亦具有X個相位差為Δ1的數(shù)字信號US0、US1、US2、...、UC0、UC1、UC2、...。
相位判斷單元36，耦接第一數(shù)字信號D1，將一圓周定義出2×X個相位區(qū)間，并判斷第一弦波信號S1所落入的相位區(qū)間。
第二相移信號產(chǎn)生單元34，依據(jù)相位判斷單元36所輸出的相位指示信號CTR而選擇性地接收一部分的第一弦波信號S1或輸入信號-sinθ及-cosθ，以產(chǎn)生第二數(shù)字信號D2。其中，第二數(shù)字信號D2具有Y個相位差為Δ2的數(shù)字信號UK1、UK2、UK3、...、UKY；其中，
波形產(chǎn)生單元38，耦接第一數(shù)字信號D1及第二數(shù)字信號D2，以產(chǎn)生細分割信號A、B，細分割信號A、B的周期是為輸入信號±sinθ及±cosθ周期的 圖4顯示本發(fā)明的細分割裝置的一可能電路圖。假設，細分割裝置30所接收的輸入信號為±sinθ及cosθ。如圖所示，第一相移信號產(chǎn)生單元32是由第一電阻煉陣列321及第一轉換單元322所組成。
第一電阻煉陣列321具有電阻R1～R4以及緩沖器Buf1、Buf2。電阻R1及R2串聯(lián)于輸入信號sinθ及cosθ之間，因此可得一相移信號。但電阻會衰減輸入信號sinθ及cosθ的振幅，故透過緩沖器Buf1放大該相移信號的振幅，在本實施例中，緩沖器Buf1輸出信號為sin(θ+Δ1)；其中，緩沖器Buf1的放大倍率亦可為1。
控制電阻R1及R2的阻值，便可改變相位Δ1，在本實施例中，Δ1為45°；如上述原理，電阻R3及R4串聯(lián)于輸入信號cosθ及-sinθ之間，經(jīng)過緩沖器Buf2放大后，可得到cos(θ+45°)；其中，緩沖器Buf2的放大倍率亦可為1。
根據(jù)電阻煉陣列的電阻串聯(lián)數(shù)目不同，可產(chǎn)生不同數(shù)量的弦波信號。當電阻煉陣列內(nèi)部電阻值不同時，則每一弦波信號的相位差Δ1亦會不同。
第一轉換單元322，具有比較器CMP1～CMP4用以將sinθ、sin(θ+45°)、cosθ及cos(θ+45°)轉換成第一數(shù)字信號D1；其中，第一數(shù)字信號D1包括U0、U45、U90以及U135。由于第一電阻煉陣列321所接收的輸入信號sinθ與-sinθ互為反相信號，故只將sinθ轉換為數(shù)字信號，而不需將-sinθ也轉換為數(shù)字信號。
相位判斷單元36，根據(jù)第一數(shù)字信號D1，將一圓周定義出2×X個相位區(qū)間，并判斷第一弦波信號S1所落入的相位區(qū)間。其中，相位判斷單元36包括一決策單元361，接收第一數(shù)字信號D1，決定第一數(shù)字信號D1，所落入的相位區(qū)間，并輸出相位指示信號1～8。
相位指示信號1代表0°～45°；相位指示信號2代表45～90°；相位指示信號3代表90°～135°；相位指示信號4代表135°～180°；相位指示信號5代表180°～225°；相位指示信號6代表225°～270°；相位指示信號7代表270°～315°；相位指示信號8代表315°～360°。
第二相移信號產(chǎn)生單元34，是由開關單元341、第二電阻煉陣列342及第二轉換單元343所組成。
開關單元341，具有開關SW1～SW5分別耦接弦波信號±sinθ、cosθ、sin(θ+45°)及cos(θ+45°)，并依據(jù)決策單元361所輸出的相位指示信號1～8，而輸出一部分的弦波信號±sinθ、cosθ、sin(θ+45°)及cos(θ+45°)。
當相位判斷單元36輸出相位指示信號1時，則開關SW5及SW3導通，其余不導通。因此，選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分別為cos(θ+45°)及-sinθ。當判斷單元36輸出相位指示信號2時，則開關SW5及SW2導通，其余不導通。因此，選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分別為cos(θ+45°)及cosθ。其它依此類推。
第二電阻煉陣列342，具有電阻R5～R12，分別接收選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)，以產(chǎn)生第二弦波信號S2。在本實施例中，第二弦波信號S2具有4個弦波信號V1P～V4P；并且每一弦波信號的相位差為Δ2。
假設，選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分別為cosθ及cos(θ+45°)時，則弦波信號V1P＝k1cos(θ+9°)、弦波信號V2P＝k2cos(θ+18°)、弦波信號V3P＝k3cos(θ+27°)及弦波信號V4P＝k4cos(θ+36°)；每個信號的相位差Δ2均為9°；其中，k1～k4為經(jīng)過電阻分壓后，被衰減的弦波信號振幅。
第二轉換單元34 3，具有比較器CMP5～CMP8分別接收弦波信號V1P～V4P，用以將其轉換成第二數(shù)字信號D2予波形產(chǎn)生單元38。其中，第二數(shù)字信號D2包括數(shù)字信號UK1～UK4。
波形產(chǎn)生單元38接收第一數(shù)字信號D1及第二數(shù)字信號D2，以產(chǎn)生細分割信號A、B。另外，當細分割裝置的倍率為10時，則細分割信號A、B的周期為輸入信號sinθ周期的 如圖4所示，本發(fā)明的細分割裝置30共有8個比較器，相較于習知，習知的細分割裝置需20個比較器，本發(fā)明大大減少比較器的數(shù)目，不但簡化細分割裝置的電路結構，并在電路集成化時，減少所需的布局面積，進而降低成本，提高競爭力。
圖5a顯示第一電阻煉陣列的輸出弦波信號。由于電阻會衰減輸入信號的振幅，當?shù)谝浑娮锜掙嚵械妮敵鱿也ㄐ盘栁唇?jīng)過緩沖器放大時(即緩沖器Buf1與緩沖器Buf2的放大倍率皆為1)，則第一電阻煉陣列所產(chǎn)生的相移信號為kSsin(θ+45°)及kCcos(θ+45°)；其中，kS及kC代表輸入信號經(jīng)過電阻分壓后所衰減的振幅。
圖5b顯示第一轉換單元的輸出信號。圖6a顯示相位區(qū)間示意圖。如圖所示，假設第一電阻煉陣列的輸出弦波信號的振幅，未經(jīng)過緩沖器放大，則區(qū)間PR1～PR8是由sinθ、kSsin(θ+45°)、cosθ、及kCcos(θ+45°)所定義。
其中，區(qū)間PR1及PR5的選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分別為kCcos(θ+45°)及-sinθ；區(qū)間PR2、PR6的選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分別為kCcos(θ+45°)及cosθ；區(qū)間PR3、PR7的選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分別為kSsin(θ+45°)及cosθ；區(qū)間PR4、PR8的選擇合成信號VRP(θ)及VRN(θ)分另為kSsin(θ+45°)及sinθ。
圖6b顯示波形產(chǎn)生單元的輸出信號。當波形產(chǎn)生單元38接收第一數(shù)字信號D1及第二數(shù)字信號D2，以產(chǎn)生細分割信號A、B。
另外，本實施例是揭露二個相移信號產(chǎn)生單元；但并不限定相移信號產(chǎn)生單元的數(shù)目，若使用三個以上的相移信號產(chǎn)生單元時，除第一相移信號產(chǎn)生單元之外，其余相移信號產(chǎn)生單元均需配合一相位判斷單元，方能正確判斷弦波信號所落入的相位區(qū)間。由于三個以上的相移信號產(chǎn)生單元連接方式與上述二個相移信號產(chǎn)生單元連接方式相同，故不再贅述。
權利要求
1.一種測量系統(tǒng)，其特征在于所述測量系統(tǒng)包括一感測裝置，根據(jù)一待測物的位置變化，輸出復數(shù)信號；一第一相移信號產(chǎn)生單元，接收該感測裝置的輸出信號，產(chǎn)生X個相位差為Δ1的第一弦波信號及第一數(shù)字信號；一相位判斷單元，耦接該X個第一數(shù)字信號，將一圓周定義出2×X個相位區(qū)間，并判斷該X個第一弦波信號所落入的相位區(qū)間；一第二相移信號產(chǎn)生單元，依據(jù)該相位判斷單元的判斷結果而選擇性地輸入一部分的該X個第一弦波信號或該輸入信號，以產(chǎn)生Y個相位差為Δ2的第二數(shù)字信號，其中， 以及一波形產(chǎn)生單元，耦接該第一數(shù)字信號及該第二數(shù)字信號，以產(chǎn)生復數(shù)細分割信號，該細分割信號的周期是為該輸入信號周期的2X×(Y+1).]]>
2.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該第一相移信號產(chǎn)生單元，包括一第一電阻煉陣列，透過變化其內(nèi)部的電阻值而調(diào)整該第一弦波信號的相位差；以及一第一轉換單元，耦接該X個第一弦波信號，用以將其轉換成X個第一數(shù)字信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該第一轉換單元是由復數(shù)比較器所構成。
4.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該相位判斷單元，包括一決策單元，耦接該X個第一數(shù)字信號，決定該X個第一弦波信號所落入的相位區(qū)間，并輸出一相位指示信號。
5.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該第二相移信號產(chǎn)生單元，包括復數(shù)開關單元，分別耦接該X個第一弦波信號或該輸入信號，并依據(jù)相位指示信號而導通一部分的該開關單元，而輸出復數(shù)合成選擇信號；一第二電阻煉陣列，耦接該選擇合成信號，以產(chǎn)生該Y個第二弦波信號；以及一第二轉換單元，耦接該Y個第二弦波信號，用以將其轉換成Y個第二數(shù)字信號。
6.根據(jù)權利要求5所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該第二轉換單元是由復數(shù)比較器所構成。
7.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該感測裝置的輸出信號包括至少一對互相正交的弦波信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該感測裝置是為一位置或角度傳感器。
9.根據(jù)權利要求8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該角度傳感器是為磁性尺、光學尺或雷射干涉儀。
10.根據(jù)權利要求8所述的測量系統(tǒng)，其特征在于該位置傳感器是為一旋轉編碼器。
11.一種細分割裝置，用以將輸入信號的周期縮小，其特征在于所述細分割裝置包括一第一相移信號產(chǎn)生單元，接收復數(shù)輸入信號，產(chǎn)生X個相位差為Δ1的第一弦波信號及第一數(shù)字信號；一相位判斷單元，耦接該X個第一數(shù)字信號，將一圓周定義出2×X個相位區(qū)間，并判斷該X個第一弦波信號所落入的相位區(qū)間；一第二相移信號產(chǎn)生單元，依據(jù)該相位判斷單元的判斷結果而選擇性地輸入一部分的該X個第一弦波信號或該輸入信號，以產(chǎn)生Y個相位差為Δ2的第二數(shù)字信號，其中， 以及一波形產(chǎn)生單元，耦接該第一數(shù)字信號及該第二數(shù)字信號，以產(chǎn)生復數(shù)細分割信號，該細分割信號的周期是為該輸入信號周期的2X×(Y+1).]]>
12.根據(jù)權利要求11所述的細分割裝置，其特征在于該復數(shù)輸入信號包括至少一對互相正交的弦波信號。
13.根據(jù)權利要求11所述的細分割裝置，其特征在于該第一相移信號產(chǎn)生單元包括一第一電阻煉陣列，透過變化其內(nèi)部的電阻值而調(diào)整該第一弦波信號的相位差；以及一第一轉換單元，耦接該X個第一弦波信號，用以將其轉換成X個第一數(shù)字信號。
14.根據(jù)權利要求13所述的細分割裝置，其特征在于該第一轉換單元是由復數(shù)比較器所構成。
15.根據(jù)權利要求11所述的細分割裝置，其特征在于該相位判斷單元，包括一決策單元，耦接該X個第一數(shù)字信號，決定該X個第一弦波信號所落入的相位區(qū)間，并輸出一相位指示信號。
16.根據(jù)權利要求11所述的細分割裝置，其特征在于該第二相移信號產(chǎn)生單元，包括復數(shù)開關單元，分別耦接該X個第一弦波信號或該輸入信號，并依據(jù)相位指示信號而導通一部分的該開關單元，而輸出復數(shù)合成選擇信號；一第二電阻煉陣列，耦接該選擇合成信號，以產(chǎn)生該Y個第二弦波信號；以及一第二轉換單元，耦接該Y個第二弦波信號，用以將其轉換成Y個數(shù)字信號。
17.根據(jù)權利要求16所述的細分割裝置，其特征在于該第二轉換單元是由復數(shù)比較器所構成。
全文摘要
本發(fā)明是一種細分割裝置及應用該細分割裝置的測量系統(tǒng)。所述細分割裝置具有二個以上的相移信號產(chǎn)生單元，用以減少比較器數(shù)目，進而節(jié)省電路成本；其中，應用該細分割裝置的測量系統(tǒng)亦一并揭露。
文檔編號G01B11/02GK1667356SQ200410008518
公開日2005年9月14日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權日2004年3月11日
發(fā)明者楊景榮 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院