專利名稱：A/d轉(zhuǎn)換裝置和伺服控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及A/D轉(zhuǎn)換裝置和應(yīng)用了該A/D轉(zhuǎn)換裝置的伺服控制裝置。本申請(qǐng)基于 2008年5月30日于日本申請(qǐng)的日本特愿2008-143314號(hào)主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容引用于此。
背景技術(shù)：
A/D轉(zhuǎn)換電路是在對(duì)來(lái)自輸出模擬值的各種傳感器的信息進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí)使 用的，且被用在具有檢測(cè)電路、控制電路等的各種裝置中。組裝在數(shù)字照相機(jī)等用電設(shè)備中 的現(xiàn)有的A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成為，將從各種傳感器輸入的模擬信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，由 此，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行二值化，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。而且，在模擬信號(hào)的變化微小的情況下， 使用運(yùn)算放大器等模擬放大電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大以確保必要的電壓范圍，然后，利用 A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行二值化而得到數(shù)字信號(hào)。這種由模擬運(yùn)算電路和A/D轉(zhuǎn)換電路的組合實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換裝置存在質(zhì)量上的 課題和成本上的課題。首先，對(duì)于質(zhì)量上的課題，可列舉出以下情況放大率和增益等電 路特性隨模擬放大電路固有的溫度特性而變動(dòng)，難以確保所輸出的數(shù)字信號(hào)值的精度；并 且，模擬放大電路的驅(qū)動(dòng)中所需的穩(wěn)態(tài)電流使得A/D轉(zhuǎn)換裝置整體的消耗電力增加。而 對(duì)于成本上的課題，可列舉出以下情況與在數(shù)字電路中一般使用的MOS (Metal Oxide Semiconductor)型晶體管相比，模擬放大電路所需要的晶體管的元件尺寸較大，所以，集成 于一個(gè)芯片時(shí)的電路面積增加，因此難以削減成本。另一方面，隨著應(yīng)用中的系統(tǒng)的高性能 化，需要實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換裝置的高精細(xì)化，要求實(shí)現(xiàn)更高的比特(bit)分解率。針對(duì)這種要求，在專利文獻(xiàn)1所公開(kāi)的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路中，由環(huán)狀延遲線(ring delay line)、計(jì)數(shù)器、鎖存電路、脈沖選擇器、編碼器、減法電路實(shí)現(xiàn)的對(duì)脈沖相位差進(jìn)行 編碼的功能，全部利用數(shù)字電路來(lái)構(gòu)成。根據(jù)該技術(shù)，能夠利用延遲線的擴(kuò)展等來(lái)實(shí)現(xiàn)高 比特分解率，所以，不需要使用模擬放大電路，僅利用數(shù)字電路就能夠得到期望的比特分解 率。而且，由于不需要使用模擬放大電路，因此，具有如下效果抑制了受模擬電路特 有的溫度特性影響的電路特性的變化，不僅確保了質(zhì)量，還能夠通過(guò)節(jié)電化及高集成化來(lái) 實(shí)現(xiàn)低成本化。專利文獻(xiàn)1 日本特開(kāi)平5-259907號(hào)公報(bào)但是，在將時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路用于伺服控制裝置的反饋環(huán)路內(nèi)時(shí)，有時(shí)伺服控制 裝置中的反饋控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而將產(chǎn)生振蕩的現(xiàn)象。該現(xiàn)象的主要原因在于因信號(hào)處理延遲而在反饋信號(hào)中產(chǎn)生的相位滯后，所述信 號(hào)處理延遲是在時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路自身以及對(duì)從時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的信號(hào)進(jìn)行校正的 校正電路等中產(chǎn)生的，該現(xiàn)象成為用于穩(wěn)定地控制反饋控制系統(tǒng)的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是考慮到上述狀況而完成的，其目的在于，提供如下的A/D轉(zhuǎn)換裝置該A/D轉(zhuǎn)換裝置具有對(duì)相位滯后量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償功能，該相位滯后量是在A/D轉(zhuǎn)換電 路的A/D轉(zhuǎn)換處理和對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的信號(hào)進(jìn)行校正的數(shù)字信號(hào)校正處理中產(chǎn)生的。本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換裝置具有A/D轉(zhuǎn)換電路，其將所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)而輸出；以及數(shù)字信號(hào)校正部，其對(duì)所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行校正處理而輸出數(shù)字信號(hào)，其中， 該A/D轉(zhuǎn)換裝置具有相位補(bǔ)償部，該相位補(bǔ)償部根據(jù)在所述A/D轉(zhuǎn)換電路和所述數(shù)字信號(hào) 校正部中產(chǎn)生的、所述數(shù)字信號(hào)相對(duì)于所述模擬信號(hào)的相位滯后量，進(jìn)行相位補(bǔ)償。并且，本發(fā)明的所述A/D轉(zhuǎn)換電路優(yōu)選具有脈沖移動(dòng)電路、移動(dòng)位置檢測(cè)構(gòu)造、以 及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成構(gòu)造。所述脈沖移動(dòng)電路連接有多個(gè)由邏輯元件構(gòu)成的反轉(zhuǎn)電路，并且向 所述反轉(zhuǎn)電路中的一個(gè)輸入使脈沖信號(hào)開(kāi)始移動(dòng)的啟動(dòng)信號(hào)，所述反轉(zhuǎn)電路的輸入信號(hào)與 輸出信號(hào)之間的延遲時(shí)間隨所施加的電源或電流源的大小而變化。所述移動(dòng)位置檢測(cè)構(gòu)造 根據(jù)來(lái)自所述反轉(zhuǎn)電路各自的輸出信號(hào)，檢測(cè)所述脈沖信號(hào)在所述脈沖移動(dòng)電路內(nèi)的移動(dòng) 位置，產(chǎn)生與所述移動(dòng)位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成構(gòu)造根據(jù)由所述移動(dòng)位置檢測(cè) 構(gòu)造輸出的所述數(shù)據(jù)，生成隨所述輸入的模擬信號(hào)而變化的與所述電源或所述電流源的大 小對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在所述A/D轉(zhuǎn)換電路中，根據(jù)所述輸入的模擬信號(hào)來(lái)確定所述數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)的延遲特性。并且，優(yōu)選的是，在本發(fā)明的所述相位補(bǔ)償部中，根據(jù)所輸入的特性設(shè)定信號(hào)來(lái)變 更所述相位補(bǔ)償?shù)奶匦?。并且，?yōu)選的是，在本發(fā)明的所述數(shù)字信號(hào)校正部中，根據(jù)所輸入的特性設(shè)定信號(hào) 來(lái)變更所述校正處理的特性，確定所述校正處理的延遲特性。并且，優(yōu)選的是，本發(fā)明的所述A/D轉(zhuǎn)換電路還具有上位控制器，該上位控制器根 據(jù)從所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)據(jù)的狀態(tài)，將所述數(shù)字信號(hào)校正部的校正處理的特性與所 述相位補(bǔ)償部的相位補(bǔ)償特性關(guān)聯(lián)起來(lái)而進(jìn)行變更。在本發(fā)明中，還可提供在反饋控制環(huán)路內(nèi)插入了所述A/D轉(zhuǎn)換裝置的伺服控制裝置。并且，優(yōu)選的是，本發(fā)明的所述A/D轉(zhuǎn)換裝置被插入到所述反饋控制環(huán)路內(nèi)的反 饋路徑上，進(jìn)行反饋信號(hào)的相位補(bǔ)償處理。本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換裝置具有相位補(bǔ)償部，該相位補(bǔ)償部根據(jù)在A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù) 字信號(hào)校正部中產(chǎn)生的、數(shù)字信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)的相位滯后量，進(jìn)行相位補(bǔ)償。由此，具 有以下功能進(jìn)行信號(hào)處理的功能，該功能對(duì)在A/D轉(zhuǎn)換處理中產(chǎn)生的誤差信號(hào)進(jìn)行校正； 以及對(duì)轉(zhuǎn)換/校正處理中的信號(hào)延遲進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南辔谎a(bǔ)償功能。因此，能夠在A/D轉(zhuǎn)換電 路中將所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在后級(jí)的數(shù)字信號(hào)校正部中對(duì)數(shù)字信號(hào)的偏 差進(jìn)行校正，進(jìn)而在相位補(bǔ)償部中，針對(duì)延遲時(shí)間的變動(dòng)，自適應(yīng)地進(jìn)行相位補(bǔ)償。并且，在上述發(fā)明中，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換電路可以具有脈沖移動(dòng)電路、移動(dòng)位置檢 測(cè)構(gòu)造和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成構(gòu)造。在該情況下，所述脈沖移動(dòng)電路連接有多個(gè)反轉(zhuǎn)電路，并且， 向所述反轉(zhuǎn)電路中的一個(gè)輸入使脈沖信號(hào)開(kāi)始移動(dòng)的啟動(dòng)信號(hào)，該反轉(zhuǎn)電路由邏輯元件構(gòu) 成，且該反轉(zhuǎn)電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的延遲時(shí)間隨所施加的電源或電流源的大小 而變化。所述移動(dòng)位置檢測(cè)構(gòu)造根據(jù)來(lái)自所述反轉(zhuǎn)電路各自的輸出信號(hào)，檢測(cè)所述脈沖信 號(hào)在所述脈沖移動(dòng)電路內(nèi)的移動(dòng)位置，產(chǎn)生與所述移動(dòng)位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生 成構(gòu)造根據(jù)由所述移動(dòng)位置檢測(cè)構(gòu)造輸出的所述數(shù)據(jù)，生成隨所述輸入的模擬信號(hào)而變化的與所述電源或所述電流源的大小對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所述A/D轉(zhuǎn)換電路根據(jù)所述輸入的模 擬信號(hào)來(lái)確定所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的延遲特性。因此，能夠?qū)r(shí)間A/D轉(zhuǎn)換型的A/D轉(zhuǎn)換電路用 作A/D轉(zhuǎn)換電路，來(lái)進(jìn)行分解精度高的A/D轉(zhuǎn)換處理。并且，能夠確定由A/D轉(zhuǎn)換電路將所 輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)時(shí)的延遲時(shí)間。并且，在上述發(fā)明中，可以在本發(fā)明的相位補(bǔ)償部中，根據(jù)所輸入的特性設(shè)定信號(hào) 來(lái)變更相位補(bǔ)償?shù)奶匦?。因此，能夠輸入特性設(shè)定信號(hào)來(lái)變更相位補(bǔ)償部的特性。并且，能 夠利用由數(shù)字電路構(gòu)成的相位補(bǔ)償部的兼容性，因此，即使在環(huán)路增益不同的裝置中，也能 夠在不變更時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換裝置的硬件結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行應(yīng)對(duì)。并且，在上述發(fā)明中，可以在本發(fā)明的數(shù)字信號(hào)校正部中，根據(jù)所輸入的特性設(shè)定 信號(hào)來(lái)變更校正處理的特性，確定校正處理的延遲特性。因此，能夠輸入特性設(shè)定信號(hào)來(lái)變 更數(shù)字信號(hào)校正部的特性。并且，即使變更數(shù)字信號(hào)校正部的特性，也能夠確定數(shù)字信號(hào)校 正部中的延遲時(shí)間，能夠在相位補(bǔ)償部中進(jìn)行與延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)的相位補(bǔ)償。
并且，在上述發(fā)明中，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換電路還可以具有上位控制器，該上位控制 器根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)據(jù)的狀態(tài)，將數(shù)字信號(hào)校正部的特性與相位補(bǔ)償部的特性 關(guān)聯(lián)起來(lái)而進(jìn)行變更。因此，能夠根據(jù)所輸入的信號(hào)的狀況，自適應(yīng)地變更數(shù)字信號(hào)校正部 的特性和相位補(bǔ)償部的特性，所以，能夠檢測(cè)到有異常值的輸入信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換裝置 的情況，從而自適應(yīng)地進(jìn)行降低異常信號(hào)的影響的處理。并且，即使在系統(tǒng)特性變動(dòng)的情況 下，也能夠進(jìn)行與變動(dòng)對(duì)應(yīng)的控制。并且，在本發(fā)明的伺服控制裝置中，可以將上述A/D轉(zhuǎn)換裝置插入到反饋控制環(huán) 路內(nèi)。因此，能夠在A/D轉(zhuǎn)換電路中將所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在后級(jí)的數(shù)字 信號(hào)校正部中對(duì)數(shù)字信號(hào)的偏差進(jìn)行校正，進(jìn)而在相位補(bǔ)償部中，自適應(yīng)地進(jìn)行相位補(bǔ)償， 然后，將其插入到伺服控制裝置的反饋控制環(huán)路內(nèi)。并且，本發(fā)明的A/D轉(zhuǎn)換裝置也可以被插入到反饋控制環(huán)路內(nèi)的反饋路徑上，進(jìn) 行反饋信號(hào)的相位補(bǔ)償處理。因此，在相位補(bǔ)償電路中，通過(guò)超前補(bǔ)償對(duì)A/D轉(zhuǎn)換處理的信 號(hào)延遲進(jìn)行補(bǔ)償，所以，能夠減小信號(hào)延遲量，能夠生成滯后量小的反饋控制信號(hào)。并且，即 使輸入了來(lái)自檢測(cè)到各種干擾信號(hào)的傳感器的檢測(cè)信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換裝置也能夠進(jìn)行自適應(yīng) 的干擾抑制處理，能夠使伺服控制裝置穩(wěn)定。


圖1是示出第1實(shí)施方式的反饋控制裝置的框圖。圖2是示出第1實(shí)施方式的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路的框圖。圖3A是針對(duì)第1實(shí)施方式的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)作而示出模擬輸入信號(hào)Vin與 脈沖移動(dòng)電路1中的脈沖信號(hào)^artP的傳輸延遲時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。圖;3B是針對(duì)第1實(shí)施方式的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路的動(dòng)作而示出所輸入的CLK信號(hào) CKs與根據(jù)其周期輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DT(η)的關(guān)系的時(shí)序圖。圖4是示出第1實(shí)施方式的數(shù)字信號(hào)校正部的框圖。圖5Α是示出第1實(shí)施方式的相位補(bǔ)償部的增益特性的曲線圖。圖5Β是示出第1實(shí)施方式的相位補(bǔ)償部的相位特性的曲線圖。圖6是示出第1實(shí)施方式的相位補(bǔ)償部的框圖。
圖7A是示出第1實(shí)施方式的PID補(bǔ)償部的框圖。圖7B示出了第1實(shí)施方式的PID補(bǔ)償部的各補(bǔ)償要素的特征。圖8(a)是示出第1實(shí)施方式的反饋控制裝置的增益特性的曲線圖。并且，圖8(b) 是示出第1實(shí)施方式的反饋控制裝置的相位特性的曲線圖。圖9是示出第2實(shí)施方式的反饋控制裝置的框圖。圖10是示出第2實(shí)施方式的相位補(bǔ)償部的框圖。圖IlA是示出第2實(shí)施方式的存儲(chǔ)有輸入到上位控制器M的數(shù)字信號(hào)的輸入信 號(hào)表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)例的概略圖。圖IlB是示出第2實(shí)施方式的采樣數(shù)量選擇表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)例的概略圖。圖IlC是示出第2實(shí)施方式的變量表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)例的概略圖。圖12是示出第2實(shí)施方式的上位控制器的處理的流程圖。圖13是示出第3實(shí)施方式的反饋控制裝置的框圖。圖14是示出第3實(shí)施方式的相位補(bǔ)償部的框圖。圖15是第3實(shí)施方式的在上位控制器的處理中所參照的各種表。圖16是示出第3實(shí)施方式的上位控制器的處理的流程圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明100 反饋控制裝置；10 :A/D轉(zhuǎn)換裝置；11 時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路；12 數(shù)字信號(hào)校正 部；13 相位補(bǔ)償部；51 控制對(duì)象；52 傳感器；53 加法器；54 =PID補(bǔ)償部；55 :D/A轉(zhuǎn)換 部；56 驅(qū)動(dòng)電路。
具體實(shí)施例方式<第1實(shí)施方式>下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。圖1是本發(fā)明的反饋控制裝置100的框圖。反饋控制裝置100具有控制對(duì) 象部 51、傳感器 52、A/D (Analog/Digital)轉(zhuǎn)換裝置 10、加法器 53、PID (Proportional/ Integral/Differential)補(bǔ)償部 54、D/A (Digital/Analog)轉(zhuǎn)換部 55、以及驅(qū)動(dòng)電路 56。 在反饋控制裝置100中，控制對(duì)象部51表示如下的控制對(duì)象所述控制對(duì)象根據(jù)所輸入的 操作量而受到控制，并根據(jù)控制的結(jié)果而輸出規(guī)定的物理量作為控制輸出。從該控制對(duì)象 部51輸出的控制輸出被反饋控制系統(tǒng)所控制，根據(jù)輸入到反饋控制裝置100的期望目標(biāo)值 而輸出。傳感器52安裝在控制對(duì)象部51上，檢測(cè)作為控制對(duì)象部51的控制輸出的物理量， 將其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行輸出。在傳感器52中檢測(cè)到的物理量是位置、速度、加速度等信 息，選擇并使用與所要檢測(cè)的信息對(duì)應(yīng)的傳感器。由傳感器52檢測(cè)并輸出的模擬信號(hào)被輸入到A/D轉(zhuǎn)換裝置10。然后，所述A/D轉(zhuǎn) 換裝置10將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，針對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理而 輸出。加法部53從輸入到反饋控制裝置100的、控制對(duì)象部51的控制輸出的期望的目標(biāo) 值中，減去由A/D轉(zhuǎn)換裝置10輸出的、從控制對(duì)象部51反饋的信號(hào)的值，輸出它們的差，作 為偏差。PID補(bǔ)償部M將從加法部53輸入的偏差作為輸入信號(hào)，將經(jīng)運(yùn)算處理運(yùn)算后的結(jié) 果作為操作量而輸出，所述運(yùn)算處理是由既定值確定的。在PID補(bǔ)償部M中確定的運(yùn)算處理是被用作控制系統(tǒng)的控制器的PID運(yùn)算處理。D/A轉(zhuǎn)換部55將從PID補(bǔ)償部M輸入的 數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)而輸出。驅(qū)動(dòng)電路56根據(jù)所輸入的信號(hào)，輸出控制對(duì)象部51所 需要的操作量。另外，輸入到驅(qū)動(dòng)電路56的操作量有時(shí)被轉(zhuǎn)換為利用脈沖寬度調(diào)制(PWM =Pulse Width Modulation)方式等進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)。通過(guò)這種轉(zhuǎn)換，能夠像PWM調(diào)制方式那樣利 用脈沖信號(hào)來(lái)表示操作量，不需要對(duì)控制對(duì)象賦予作為模擬量的操作量。因此，在可如上地 利用脈沖信號(hào)進(jìn)行輸入的情況下，能夠?qū)⒚}沖信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)電路56，而無(wú)需使用D/A轉(zhuǎn) 換部陽(yáng)轉(zhuǎn)換為模擬值。并且，反饋控制裝置100中的A/D轉(zhuǎn)換裝置10具有時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11、數(shù)字 信號(hào)校正部12、相位補(bǔ)償部13。在A/D轉(zhuǎn)換裝置10中，將所輸入的模擬信號(hào)輸入到時(shí)間A/ D轉(zhuǎn)換電路11。然后，時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11對(duì)所輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行量化，將其轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)而輸出。在時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11輸出的數(shù)字信號(hào)中，包含有在量化時(shí)附加的量化誤 差、信號(hào)轉(zhuǎn)換誤差、量化時(shí)的非直線性誤差等。由時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11輸出的數(shù)字信號(hào)被 輸入到數(shù)字信號(hào)校正部12。然后，數(shù)字信號(hào)校正部12對(duì)所輸入的數(shù)字信號(hào)中包含的誤差 信號(hào)進(jìn)行校正處理，輸出校正后的信號(hào)。相位補(bǔ)償部13通過(guò)規(guī)定的運(yùn)算處理，對(duì)相位滯后 量進(jìn)行補(bǔ)償而輸出降低了相位滯后量后的數(shù)字信號(hào)，所述相位滯后量是在設(shè)于A/D轉(zhuǎn)換裝 置10內(nèi)的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的轉(zhuǎn)換處理和數(shù)字信號(hào)校正部12的信號(hào)處理中附加的相 對(duì)于輸入信號(hào)的相位滯后量、即從A/D轉(zhuǎn)換裝置10輸出的數(shù)字信號(hào)相對(duì)于所輸入的模擬信 號(hào)的相位滯后量。接著，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換裝置10中的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11進(jìn)行說(shuō)明。圖2是A/D轉(zhuǎn)換 裝置10中的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的框圖。在時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11中，脈沖移動(dòng)電路1具 有“與非”電路Ia和多個(gè)反相器電路Ib Iz(INV)。與非電路Ia是在一個(gè)輸入端接受脈 沖信號(hào)^artP而動(dòng)作的啟動(dòng)用反轉(zhuǎn)電路，且另一個(gè)輸入端連接到與“與非”電路Ia的輸出 串聯(lián)連接的多個(gè)反相器電路Ib Iz(INV)中最后級(jí)的反相器的輸出，脈沖移動(dòng)電路1是環(huán) 狀連接的循環(huán)電路。并且，“與非”電路Ia(NAND)和多個(gè)反相器電路Ib Iz(INV)的電源 端子經(jīng)由電源線IPOW而與時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的輸入端子INP連接。而且，各個(gè)電路的 延遲時(shí)間隨輸入到輸入端子INP的模擬輸入信號(hào)Vin的電壓而變化，由此，在循環(huán)電路中循 環(huán)的脈沖的循環(huán)周期發(fā)生變化。計(jì)數(shù)器2檢測(cè)從脈沖移動(dòng)電路1輸入的具有循環(huán)周期信息 的信號(hào)，對(duì)循環(huán)的脈沖的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)測(cè)。鎖存電路3按照時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)保存從計(jì)數(shù) 器2輸入的信號(hào)。編碼器4檢測(cè)在脈沖移動(dòng)電路1中循環(huán)的脈沖的位置，將脈沖的位置信息轉(zhuǎn)換為 二進(jìn)制數(shù)而輸出。鎖存電路5按時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)保存來(lái)自編碼器4的輸出信號(hào)。鎖存電路 6將來(lái)自鎖存電路5的輸出信號(hào)分配給下位比特，將來(lái)自鎖存電路3的輸出信號(hào)分配給上位 比特，按時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)保存分別輸入的信號(hào)。運(yùn)算器7從輸入到第1輸入端的針對(duì)鎖存 電路6的輸入信號(hào)中，減去輸入到第2輸入端的來(lái)自鎖存電路6的輸出信號(hào)，并進(jìn)行輸出。接著，說(shuō)明時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的動(dòng)作。在時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11中，脈沖移動(dòng) 電路1是由一個(gè)“與非”電路Ia(NAND)和多個(gè)反相器電路Ib Iz(INV)構(gòu)成的環(huán)狀的循 環(huán)電路。而且，使脈沖信號(hào)MartP沿著環(huán)狀的循環(huán)電路循環(huán)。在脈沖移動(dòng)電路1中，隨著 輸入到時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的模擬輸入信號(hào)Vin的值的變化，構(gòu)成循環(huán)電路的“與非”電路Ia(NAND)和多個(gè)反相器電路Ib Iz(INV)各自的延遲時(shí)間連續(xù)地變化，脈沖信號(hào)MartP 的循環(huán)速度也連續(xù)地變化。計(jì)數(shù)器2對(duì)脈沖移動(dòng)電路1內(nèi)的脈沖信號(hào)MartP在由“與非” 電路Ia(NAND)和反相器電路Ib Iz(INV)構(gòu)成的循環(huán)電路中循環(huán)的次數(shù)進(jìn)行計(jì)測(cè)，將其 作為二進(jìn)制數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而輸出。鎖存電路3與表示采樣周期的CLK信號(hào)CKs同步地保存 從計(jì)數(shù)器2輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。另一方面，編碼器4與CLK信號(hào)CKs同步地，檢測(cè)脈沖移動(dòng)電路1內(nèi)的脈沖信號(hào) StartP循環(huán)到構(gòu)成脈沖移動(dòng)電路1的“與非”電路Ia(NAND)和反相器電路Ib Iz(INV) 中的哪個(gè)位置，將檢測(cè)到的該位置作為二進(jìn)制數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而輸出。隨所輸入的模擬輸入 信號(hào)Vin的值而變化的循環(huán)周期和與表示采樣周期的CLK信號(hào)CKs同步地檢測(cè)到的周期不 是同步的，因此，對(duì)于每次檢測(cè)而言，由編碼器4檢測(cè)到的脈沖信號(hào)MartP在脈沖移動(dòng)電路 1內(nèi)的位置都是變化的。鎖存電路5與CLK信號(hào)CKs同步地保存從編碼器4輸入的數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)。鎖存電路6將從鎖存電路3輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分配為上位比特，將從鎖存電路5輸 入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分配為下位比特，并與CLK信號(hào)CKs同步地進(jìn)行保存。通過(guò)將輸入到鎖存電 路6的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)合成為上位比特和下位比特，由此，生成按CLK信號(hào)CKs的周期采樣到的 與模擬輸入信號(hào)Vin對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)x(k)。運(yùn)算器7從由鎖存電路4和鎖存電 路5輸入到鎖存電路6的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)x(k+l)中，減去按一個(gè)周期前的CLK信號(hào)CKs (k)進(jìn)行 采樣且由鎖存電路6保存并輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)χ (k)，然后，生成從A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字 數(shù)據(jù)DT (k)，將其輸出到外部的后級(jí)電路。上述的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11按CLK信號(hào)CKs的 周期，周期性地輸出與模擬輸入信號(hào)Vin對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DT (n) (DT (1)、DT (2)、DT (3)、...、 DT (η))。圖3A是示出模擬輸入信號(hào)Vin與脈沖移動(dòng)電路1中的脈沖信號(hào)MartP的傳輸延 遲時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。根據(jù)該曲線圖，模擬輸入信號(hào)Vin的電位越高，在脈沖移動(dòng)電 路ι內(nèi)循環(huán)的脈沖信號(hào)MartP的傳輸延遲時(shí)間越短。圖:3B是示出所輸入的CLK信號(hào)CKs 與根據(jù)其周期輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DT(η)的關(guān)系的時(shí)序圖。根據(jù)該時(shí)序圖，在所輸入的CLK信 號(hào)CKs的上升的定時(shí)，輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DT (η)的鎖存電路6的輸出發(fā)生變化，作為時(shí)間A/D轉(zhuǎn) 換電路11的輸出信號(hào)而輸出。在該時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的A/D轉(zhuǎn)換處理中，產(chǎn)生采樣周 期的3個(gè)時(shí)鐘量的延遲。參照?qǐng)D4來(lái)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換裝置10中的數(shù)字信號(hào)校正部12進(jìn)行說(shuō)明。圖4是示出A/ D轉(zhuǎn)換裝置10中的與時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的輸出連接的數(shù)字信號(hào)校正部12、以及數(shù)字信 號(hào)校正部12與時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的連接結(jié)構(gòu)的框圖。數(shù)字信號(hào)校正部12具有直線性 校正部1 和移動(dòng)平均部12b。在數(shù)字信號(hào)校正部12中，直線性校正部1 通過(guò)運(yùn)算處理， 對(duì)在時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11中的模擬信號(hào)的量化處理時(shí)附加的非直線性誤差進(jìn)行校正，再現(xiàn) 為改善了直線性后的信號(hào)而輸出。并且，直線性校正部1 針對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行如下的 直線性校正的運(yùn)算處理通過(guò)直線近似來(lái)規(guī)定用于改善直線性的特性，將其轉(zhuǎn)換為改善了 直線性后的數(shù)字輸出信號(hào)。在動(dòng)作中，不是針對(duì)所輸入的每個(gè)信息進(jìn)行處理的切換，而是持 續(xù)進(jìn)行該直線性校正處理。與所輸入的數(shù)據(jù)的周期、即時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11的采樣周期對(duì) 應(yīng)的延遲時(shí)間是恒定地產(chǎn)生的。移動(dòng)平均部12b通過(guò)運(yùn)算處理，對(duì)在時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11中的模擬信號(hào)的量化處理時(shí)附加的量化誤差、轉(zhuǎn)換誤差進(jìn)行平均化，降低所輸入的信號(hào)中包含的隨機(jī)性的干擾信 息。并且，移動(dòng)平均部12b進(jìn)行移動(dòng)平均處理，即根據(jù)依次輸入的信息(采樣)來(lái)運(yùn)算期 望數(shù)量的信息(采樣)的平均值。由該移動(dòng)平均處理引起的延遲時(shí)間取決于進(jìn)行平均化處 理的采樣數(shù)量，產(chǎn)生采樣周期的采樣數(shù)量倍的延遲時(shí)間。通過(guò)這些處理，數(shù)字信號(hào)校正部12 對(duì)時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路11中產(chǎn)生的非線性的特性進(jìn)行校正，以線性特性進(jìn)行輸出。參照?qǐng)D5、圖6來(lái)說(shuō)明相位補(bǔ)償部13。圖5A、圖5B示出了期望的相位補(bǔ)償部13的 頻率響應(yīng)特性，它們是縱軸分別表示增益特性和相位特性的曲線圖。該圖所示的曲線圖的 橫軸是表示所處理的信號(hào)中的頻率的頻率軸，其單位是Hz (赫茲)。并且，縱軸分別表示單 位為dB(分貝)的增益和單位為度的相位角。圖5A、圖5B所示的頻率特性示出了如下的 “超前補(bǔ)償”的特性提高所輸入的信號(hào)中的高頻成分的增益，使所輸入的信號(hào)的相位提前。 如果利用連續(xù)時(shí)間系中的傳遞函數(shù)F(S)來(lái)表示該頻率特性，則下式(1)成立。
權(quán)利要求
1.一種A/D轉(zhuǎn)換裝置，其中，該A/D轉(zhuǎn)換裝置具有A/D轉(zhuǎn)換電路，其將所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)而輸出；數(shù)字信號(hào)校正部，其對(duì)所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行校正處理，輸出數(shù)字信號(hào)；以及相位補(bǔ)償部，其根據(jù)在所述A/D轉(zhuǎn)換電路和所述數(shù)字信號(hào)校正部中產(chǎn)生的、所述數(shù)字 信號(hào)相對(duì)于所述模擬信號(hào)的相位滯后量，進(jìn)行相位補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的A/D轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路具有脈沖移動(dòng)電路，其連接有多個(gè)由邏輯元件構(gòu)成的反轉(zhuǎn)電路，并且向所述反轉(zhuǎn)電路中的 一個(gè)輸入使脈沖信號(hào)開(kāi)始移動(dòng)的啟動(dòng)信號(hào)，所述反轉(zhuǎn)電路的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間的延 遲時(shí)間隨所施加的電源或電流源的大小而變化；移動(dòng)位置檢測(cè)構(gòu)造，其根據(jù)來(lái)自所述反轉(zhuǎn)電路各自的輸出信號(hào)，檢測(cè)所述脈沖信號(hào)在 所述脈沖移動(dòng)電路內(nèi)的移動(dòng)位置，產(chǎn)生與所述移動(dòng)位置對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)；以及數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)生成構(gòu)造，其根據(jù)從所述移動(dòng)位置檢測(cè)構(gòu)造輸出的所述數(shù)據(jù)，生成隨所述輸 入的模擬信號(hào)而變化的與所述電源或所述電流源的大小對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的延遲特性是根據(jù)所述輸入的模擬信號(hào)而確定的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的A/D轉(zhuǎn)換裝置，其中，在所述相位補(bǔ)償部中，根據(jù)所輸入的特性設(shè)定信號(hào)來(lái)變更所述相位補(bǔ)償?shù)奶匦浴?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的A/D轉(zhuǎn)換裝置，其中，在所述數(shù)字信號(hào)校正部中，根據(jù)所輸入的特性設(shè)定信號(hào)來(lái)變更所述校正處理的特性， 確定所述校正處理的延遲特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的A/D轉(zhuǎn)換裝置，其中，該A/D轉(zhuǎn)換裝置具有上位控制器，該上位控制器根據(jù)從所述A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)據(jù) 的狀態(tài)，將所述數(shù)字信號(hào)校正部的校正處理的特性與所述相位補(bǔ)償部的相位補(bǔ)償特性關(guān)聯(lián) 起來(lái)而進(jìn)行變更。
6.一種伺服控制裝置，其中，該伺服控制裝置在反饋控制環(huán)路內(nèi)插入了權(quán)利要求1所 述的A/D轉(zhuǎn)換裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的伺服控制裝置，其中，所述A/D轉(zhuǎn)換裝置被插入到所述反饋控制環(huán)路內(nèi)的反饋路徑上，進(jìn)行反饋信號(hào)的相位 補(bǔ)償處理。
全文摘要
在反饋控制裝置(100)中，相位補(bǔ)償部(13)根據(jù)在將所輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)間A/D轉(zhuǎn)換電路(11)以及對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)男Ｕ臄?shù)字信號(hào)校正部(12)中產(chǎn)生的相位滯后量，進(jìn)行相位補(bǔ)償。
文檔編號(hào)H03M1/50GK102047562SQ20098011930
公開(kāi)日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者橋本幸惠, 渡邊高元 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社, 株式會(huì)社電裝