(57)【要約】【課題】  従来の光学的なインクリメンタルエンコーダは、物理的な線間隔および光伝達の品質によりディスク上のトラック数が制限され、さらに解像度を向上するのが困難であった。【解決手段】  ディジタルインクリメンタルエンコーダは、シャフトの角度位置，回転方向および回転速度を表す出力信号を生成する。カウンタ106は、角度位置センサ100からシャフトの角度位置を表すＰＷＭ信号およびクロック信号を受け取って多重ビット出力を生成する。ラッチ108は多重ビット出力をラッチし、多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットは出力信号を生成するために使用され、該出力信号は第１ビットを含んでいる。回転方向は、第１ビットとＸＯＲ出力の間の直交位相関係から導出され得る。角度位置センサは、ＮＣＡＰＳまたはＭＴ−ＮＣＡＰＳであるかも知れない。直線位置センサは、ＰＷＭ信号を生成するために角度位置センサの代わりに使用されてもよい。【選択図】      図２
2005338050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置，移動方向および移動速度を表す出力信号を生成するディジタルインクリメンタルエンコーダであって、
位置センサから前記位置を表すＰＷＭ信号およびクロック信号を受け取って多重ビット出力を生成するカウンタと、
前記多重ビット出力をラッチするラッチと、を備え、
前記出力信号は前記ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットを使用して生成され、該出力信号は、該第１ビットを備えることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、前記位置は、シャフトの角度位置であり、前記移動方向は、該シャフトの回転方向であり、前記移動速度は、該シャフトの回転速度であり、そして、前記位置センサは、角度位置センサであることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項３】
請求項２に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、さらに、前記ラッチされた多重ビット出力の前記第１ビットおよび前記第２ビットを受け取って、ＸＯＲ出力を出力するＸＯＲゲートを備え、前記出力信号は、さらに、該ＸＯＲ出力を備え、
前記第１ビットおよび前記ＸＯＲ出力は、直交位相関係を有し、そして、
前記シャフトの前記回転方向は、前記第１ビットおよび前記ＸＯＲ出力間の前記直交位相関係から導出し得ることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項４】
請求項２に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、さらに、前記シャフトの３６０度回転を示すインデックス信号を生成するために、前記ラッチされた多重ビット出力の複数のビットを受け取ってＡＮＤ処理するＡＮＤゲートを備え、
前記複数のビットは、前記ＰＷＭ信号の１００％デューティサイクルを表し得ることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項５】
請求項２に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、前記カウンタは、第１状態から第２状態への前記ＰＷＭ信号の各第１遷移エッジに応答して前記クロックのサイクル数の計数を開始し、且つ、前記ＰＷＭ信号が前記第２状態に留まっている間は前記サイクル数の計数を維持することを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、前記カウンタは、前記第２状態から前記第１状態への前記ＰＷＭ信号の各第２遷移エッジに応答してリセットされることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項７】
請求項５に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、前記多重ビット出力は、前記第２状態から前記第１状態への前記ＰＷＭ信号の各第２遷移エッジに応答して前記ラッチにラッチされることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項８】
請求項１に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、前記位置は、直線位置であり、前記移動方向は、直線並進運動の方向であり、前記移動速度は、モニタされている前記直線位置の直線並進運動の速度であり、そして、前記位置センサは、直線位置センサであることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項９】
請求項８に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダにおいて、さらに、前記ラッチされた多重ビット出力の前記第１ビットおよび前記第２ビットを受け取って、ＸＯＲ出力を出力するＸＯＲゲートを備え、前記出力信号は、さらに、該ＸＯＲ出力を備え、
前記第１ビットおよび前記ＸＯＲ出力は、直交位相関係を有し、そして、
前記直線並進運動の方向は、前記第１ビットおよび前記ＸＯＲ出力間の前記直交位相関係から導出し得ることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダ。
【請求項１０】
シャフトの角度位置，回転方向および回転速度を表す出力信号を生成する方法であって、
前記シャフトの回転位置を表すＰＷＭ信号を受け取り、
クロック信号を受け取り、
最初に、第１状態から第２状態への前記ＰＷＭ信号の第１遷移エッジに応答して前記クロック信号のサイクル数を計数し、
引き続き、前記計数されたサイクル数を表す多重ビット出力を生成するために、前記ＰＷＭ信号が前記第２状態に留まっている間は前記サイクル数の計数を維持し、
前記多重ビット出力をラッチし、そして、
前記ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットを使用する出力信号を生成し、該出力信号は前記第１ビットを備えることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、さらに、前記第２状態から前記第１状態への前記ＰＷＭ信号の第２遷移エッジに応答して前記カウンタをリセットすることを備えることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、さらに、
ＸＯＲ出力を生成するために、前記ラッチされた多重ビット出力の前記第１ビットおよび前記第２ビットをＸＯＲ処理し、前記出力信号は、さらに、該ＸＯＲ出力を備え、該第１ビットおよび該ＸＯＲ出力は、直交位相関係を有しており、そして、
前記直交位相関係から前記シャフトの回転方向を導出することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法において、さらに、
インデックス信号を生成するために、前記ラッチされた多重ビット出力の複数のビットをＡＮＤ処理し、該複数のビットは、前記ＰＷＭ信号の１００％デューティサイクルを表し得ることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法において、前記ラッチするのは、前記ＰＷＭ信号の前記第２遷移エッジに応答してラッチすることを特徴とする方法。
【請求項１５】
シャフトの角度位置，回転方向および回転速度を表す出力信号を生成するディジタルインクリメンタルエンコーダシステムであって、
前記シャフトの角度位置を表すＰＷＭ信号およびクロック信号を生成するための角度位置センサと、
前記ＰＷＭ信号および前記クロック信号を受け取って、多重ビット出力を生成するカウンタと、
前記多重ビット出力をラッチするラッチと、を備え、
前記出力信号は、前記ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットを使用して生成され、該出力信号は、該第１ビットを備えることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダシステム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダシステムにおいて、さらに、前記ラッチされた多重ビット出力の前記第１ビットおよび前記第２ビットを受け取って、ＸＯＲ出力を出力するＸＯＲゲートを備え、前記出力信号は、さらに、該ＸＯＲ出力を備え、
前記第１ビットおよび前記ＸＯＲ出力は、直交位相関係を有し、そして、
前記シャフトの前記回転方向は、前記第１ビットおよび前記ＸＯＲ出力間の前記直交位相関係から導出し得ることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダシステム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のディジタルインクリメンタルエンコーダシステムにおいて、前記角度位置センサは、非接触角度位置センサ（ＮＣＡＰＳ）または多重回転非接触角度位置センサ（ＭＴ−ＮＣＡＰＳ）であることを特徴とするディジタルインクリメンタルエンコーダシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置測定に関し、特に、位置センサによって生成されたパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号から位置，速度および方向の情報を導出するためのディジタルインクリメンタルエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクリメンタルエンコーダは、一般に、角度位置の測定のために使用されている。インクリメンタルエンコーダは、検出された機械的な増加分に対応した数の矩形波を生成する機械的な装置である。
【０００３】
従来のインクリメンタルエンコーダは、光学技術を基礎としている。光学的なインクリメンタルエンコーダは、シャフトに取り付けられたパターンが形成されたエンコーダディスクと光センサを含んでいる。ディスクがシャフトによって回転すると、ディスク上のトラックが光放射−検出器対（photo emitter-detector pair）間の光を遮断し、それによってディジタルパルス、すなわち、矩形波を生成する。ディスクをより高速に回転すると、出力矩形波の周波数も高くなる。従って、矩形波の周波数は、ディスクの回転速度に比例することになる。矩形波は、相対的な位置測定に変換され得る。
【０００４】
光学的なインクリメンタルエンコーダは、典型的にシャフトの位置によって変化する２つの矩形波信号を生成する光学的な格子を使用する。図１は、シャフトの回転によって２つの信号がどのように生成されるかを示している。２つのチャンネルＡおよびＢは検出位置が直交しており、すなわち、位相が９０°ずれており、各サイクルで１０，２０，３０および４０の異なる４つの状態を生成する。
【０００５】
この直交位相関係（quadrature phase relationship）は、時計方向または反時計方向といった回転の方向を導出するために使用され得るものである。位相情報を使用することによって、ＡがＢに対して進んでいるか遅れているかを決めることができ、従って、回転の方向を決定することができる。例として、図１においては、矩形波Ａは矩形波Ｂよりも９０°だけ進んでいることが分かる。第３のチャンネル、すなわち、インデックスチャンネルは、シャフトの回転数を計数するために使用され得る１回転に１つの信号（ワンスパーレボリューション信号）を提供する。
【０００６】
従来、誘導減衰カプラを有する角度位置センサの間に配置された回転可能なカプラを備え、誘導結合された送信ディスクおよび受信ディスクを有する非接触型センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この非接触型センサは、送信ディスクと受信ディスクを、間に導電減衰パターンを有するカプラディスクと共に並置する。送信ディスクと受信ディスクを完全に囲む誘導コイルのパターンは、中間のカプリングディスク上の対称導電パターンの角度位置に応じて個々に減衰される誘導カプリングを具備する。送信ディスクは、受信コイルが受信し復調し加算した時に、その相が中間カプラの角度位置を示す事が可能な独自の正弦波信号を提供する信号源で駆動される。カプラ上の導電パターンは線形出力を提供するように設計されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１８４４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般的に、より高い解像度は、ディスク上により多くのトラックを配置することにより得ることができる。しかしながら、回転当たりのトラックの数は、物理的な線間隔および光伝達の品質により制限される。
そこで、回転当たりの改良された解像度を有し、さらに、光学的なインクリメンタルエンコーダを超える増大された安定性を有するインクリメンタルエンコーダの提供が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の典型的な実施形態において、ディジタルインクリメンタルエンコーダは、シャフトの角度位置，回転方向および回転速度を表す出力信号を生成する。ディジタルインクリメンタルエンコーダは、回転位置センサからのシャフトの回転位置を示すＰＷＭ信号およびクロック信号を受け取って、多重ビット出力を生成するカウンタを含む。さらに、ディジタルインクリメンタルエンコーダは、多重ビット出力をラッチするためのラッチを含む。出力信号は、ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットを使用して生成され、該出力信号は、第１ビットを含んでいる。
【００１０】
本発明の他の典型的な実施形態において、ディジタルインクリメンタルエンコーダシステムは、シャフトの角度位置，回転方向および回転速度を表す出力信号を生成する。ディジタルインクリメンタルエンコーダシステムは、シャフトの角度位置を表すＰＷＭ信号およびクロック信号を生成する角度位置センサを含む。カウンタは、ＰＷＭ信号およびクロック信号を受け取って、多重ビット出力を生成する。ラッチは、多重ビット出力をラッチするために使用される。出力信号は、ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットを使用して生成され、該出力信号は、第１ビットを含んでいる。
【００１１】
本発明のさらに他の典型的な実施形態において、シャフトの角度位置，回転方向および回転速度を表す出力信号を生成する方法が提供される。シャフトの回転位置を表すＰＷＭ信号およびクロック信号が受信される。第１状態から第２状態へのＰＷＭ信号の第１遷移エッジに応答してクロック信号のサイクル数を計数する。計数されたサイクル数を表す多重ビット出力を生成するために、ＰＷＭ信号が第２状態に留まっている間はサイクル数の計数を維持する。多重ビット出力はラッチされ、そして、ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットは、出力信号を生成するために使用され、該出力信号は第１ビットを含んでいる。
【００１２】
また、本発明のさらに他の典型的な実施形態において、直線位置センサによってモニタされる直線位置，直線並進運動の方向および直線位置の直線並進運動の速度を表す出力信号を生成するためのディジタルインクリメンタルエンコーダが提供される。カウンタは、直線位置センサから直線位置を表すＰＷＭ信号およびクロック信号を受け取って、多重ビット出力を生成する。ラッチは、多重ビット出力をラッチし、また、ラッチされた多重ビット出力の第１ビットおよび第２ビットは、出力信号を生成するために使用される。ここで、出力信号は、第１ビットを含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係るこれらの形態および他の形態は、以下の記述および添付図面によってより一層明確に理解されるであろう。
【実施例】
【００１４】
本発明の典型的な実施例においては、前述した光学的なエンコード技術を使用する代わりに、角度位置センサを使用して生成されるＰＷＭ信号がインクリメンタルエンコーディングに利用される。ＰＷＭ信号は、アナログ分解能を伴うＰＷＭフォーマットにおけるシャフト上の回転ディスクの角度位置情報を含む。ＰＷＭに基づくディジタルインクリメンタルエンコーダはＰＷＭ信号を受け取って、該ＰＷＭ信号を回転の速度および方向の情報を導出するために使用する。
【００１５】
ＰＷＭ信号および高速のクロック信号は、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルに応じて変化する多重ビット出力を生成するためにディジタルインクリメンタルエンコーダのカウンタに与えられる。例えば、多重ビット出力の値は、ＰＷＭ信号が高レベル状態に留まっている間に計数されるクロックサイクル数に対応し、従って、回転ディスクの角度位置を表すことになる。カウンタは、角度位置センサによって測定された角度の方向および速度をディジタル形式にデコードするためにも使用される。多重ビット出力は、ラッチにラッチされ、そして、光学的なインクリメンタルエンコーダと同様の直交位相関係を有する矩形波が生成される。このようにして、光デバイスおよびパターンが形成されたエンコーダディスクを使用することなく、ディジタルインクリメンタルエンコーダが実現される。
【００１６】
例として、ＰＷＭ信号は、『誘導減衰カプラを備えた角度位置センサ』という名称の米国特許第６３０４０７６号（特開２００４−１８４４２６号公報）に開示されるような非接触角度位置センサ（ＮＣＡＰＳ）、或いは、『非接触角度位置センサ用のプログラム制御可能で多重回転のパルス幅変調回路』という名称で本願と同じ所有者に帰属し、２００４年３月２９日付けで米国特許商標庁に出願された米国特許出願第１０／８１３３２９号（特願２００４−２１８８３６号）に開示される多重回転（ＭＴ）ＮＣＡＰＳによって提供されるかも知れず、これらの内容の全体は、参照によってここに組み入れられる。ＰＷＭ信号は、適切なＰＷＭ出力を有する他の角度位置センサまたは直線位置センサによって提供されるかも知れない。
【００１７】
図２はＰＷＭ出力を提供する位置センサ１００に基づくディジタルインクリメンタルエンコーダのブロック図である。位置センサ１００は、例えば、ＮＣＡＰＳまたはＭＴ−ＮＣＡＰＳのような角度位置センサであるかも知れない。位置センサ１００は、直線位置センサまたは他の適切な位置センサであるかも知れない。
【００１８】
位置センサ１００は、周波数ｆ0を有するＰＷＭ発生器１０２および周波数ｆを有するマスタークロック１０４を含む。さらに、ディジタルインクリメンタルエンコーダは、位置センサ１００に加えて、Ｎビットカウンタ１０６、Ｎビットラッチ１０８、ＡＮＤゲート１１０および排他的論理和（ＸＯＲ）ゲート１１２を含む。例えば、Ｎビットカウンタ１０６はアップダウンカウンタであるかも知れない。ここで、Ｎは、１００％のＰＷＭデューティーサイクルに相当する最大計数を表すことのできるビット数に対応している。
【００１９】
例として、全サイクルの最大計数は、次式により導出され得る。
最大計数＝［ＰＷＭの周期］／［マスタークロックの周期］
換言すると、周期Ｐ1を有するＰＷＭ信号および周期Ｐ2を有するマスタークロックに対して、１００％のＰＷＭデューティーサイクルに対応する最大計数は、１ＰＷＭ周期（例えば、シングル回転角度位置センサの１つの３６０度回転）内に適合するであろうクロックサイクル数に対応する。従って、もし、最大計数が４０９５ならば、Ｎは１２でなければならず、その結果、２N（＝（２）12＝４０９６）は４０９５を表すのに十分大きいことになる。
【００２０】
Ｎビットカウンタ１０６は、ＰＷＭ発生器１０２のＰＷＭ出力をそのイネーブル入力で受け取り、また、マスタークロック１０４のクロック出力をそのクロック入力で受け取る。従って、Ｎビットカウンタ１０６は、該Ｎビットカウンタ１０６がイネーブルになっている時間の間に受け取ったクロックサイクルの数を計数する。換言すると、ＰＷＭ出力が高レベルに留まっている間、Ｎビットカウンタ１０６は受信したクロックサイクルの数をカウントアップし、また、ＰＷＭ出力が低レベルに留まっている間、Ｎビットカウンタ１０６はカウントアップしない。さらに、Ｎビットカウンタは、ＰＷＭ出力の立ち下がりエッジに応答してリセットされる。多重ビット出力の値はＰＷＭ信号のデューティーサイクルに応じて変化するので、その多重ビット出力の値は、角度位置センサによって測定された角度位置を示すことになる。
【００２１】
Ｎビットラッチ１０８は、Ｎビットカウンタ１０６の出力［Ｃ0，…，Ｃn］およびＰＷＭ発生器１０２のＰＷＭ出力を受け取る。Ｎビットカウンタ１０６の出力は、入力［Ｄ0，…，Ｄn］として受け取られ、そして、ＰＷＭ出力の各立ち下がりエッジに応答してＮビットラッチ１０８にラッチされる。Ｎビットラッチ１０８は、出力［Ｑ0，…，Ｑn］を出力する。
【００２２】
エンコードの最も簡単な形式は、ただ１つのチャンネルＡだけを持つであろう。図２を参照すると、信号『Ａ』はＮビットラッチ１０８（例えば、Ｂitm）の出力［Ｑ0，…，Ｑn］の１つから取り出される。Ｂitmは、Ｎビットラッチの出力ビット位置としてッ参照される。例として、もし、ｍ＝２ならば、Ｎビットラッチの３番目の最下位ビットが信号出力『Ａ』として使用される。さらに、このビット位置の選択は、エンコーダの解像度用の式の導出に関連して以下に論じられる。
【００２３】
０％〜１００％のデューティーサイクルを有する周波数ｆ0のＰＷＭ信号がＮビットカウンタ１０６のイネーブル入力に与えられるとき、ＰＷＭ信号の立ち上がりエッジはカウンタをトリガし、カウンタはカウントアップを開始する。このとき、信号『Ａ』の状態は変化しない。ＰＷＭ信号が低レベルになると、これはカウンタのそのときの値をＮビットラッチ１０８にラッチさせ、そして、Ｎビットカウンタ１０６をリセットする。同時に、ＮビットラッチのＢitmの状態は、カウンタからラッチされた現在の値に基づいて高レベルか低レベルにアップデートされ、その結果、図３に示されるように、ＰＷＭ信号の変化の速度に比例する比を伴って出力する信号『Ａ』におけるパルス列を生成する。
【００２４】
図３において、Ｂitmの状態は、Ｎビットラッチ１０８がＮビットカウンタ１０６の出力をラッチする各時間で変化することが分かる。これは、ＰＷＭ信号のデューティーサイクルに対する変化は、Ｎビットラッチ１０８によってラッチする連続した２つの内の１つによって増加または減少のいずれかを行うＮビットカウンタ１０６によって計数されるマスタークロック１０４のクロックサイクルである解像度で、Ｎビットカウンタ１０６によって取り込まれるからである。
【００２５】
図２を参照して図３を詳述すると、Ｎビットカウンタ１０６は第１のＰＷＭパルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ間で３クロックサイクルを計数するので、該第１のＰＷＭパルスは、二進数『０１１』に対応することになる。Ｎビットラッチ１０８は立ち下がりエッジに応答してラッチするので、Ｂitmの状態は、第１のＰＷＭパルスの立ち下がりエッジに応答して『０』から『１』へ変化する。また、Ｎビットカウンタ１０６は、ＰＷＭ信号の立ち下がりエッジに応答してリセットされる。
【００２６】
第２のＰＷＭパルスの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ間において、Ｎビットカウンタ１０６は、マスタークロックの４クロックサイクル（二進数『１００』に対応）を計数する。Ｂitmの状態は、Ｎビットラッチ１０８がラッチされるとき、第２のＰＷＭパルスの立ち下がりエッジに応答して『１』から『０』へ変化する。Ｎビットカウンタ１０６は、第３および第４のＰＷＭ信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ間において、それぞれ５クロックサイクル（『１０１』）および６クロックサイクル（『１１０』）を計数する。第３および第４のＰＷＭパルスに対して、Ｂitmは、第１および第２の（および、他の全ての）ＰＷＭパルスに対する場合と同様に、立ち下がりエッジだけに応答して状態を（『０』から『１』へ、それからまた、『１』から『０』へ）切り換える。
【００２７】
このようにして、光学センサを通った光学的なエンコーダのディスク上のトラックによる従来の手法において生成された矩形波に類似するディジタル矩形波が得られる。ＰＷＭを速く変化させると、信号『Ａ』の周波数は高くなり、ディスクの角度置換は、それがラッチされるときには、カウンタの出力値に比例することになる。
【００２８】
しかしながら、１チャンネルのインクリメンタルエンコーダは、シャフトが時計方向または反時計方向の何れの方向に回転しているかといった方向の情報を提供することはできない。本発明において、この１チャンネルのインクリメンタルエンコーダにおける適応性の欠如は、シャフトの回転の方向および速度を提供するデュアルチャンネルのインクリメンタルエンコーダ（直交エンコーダ）をもたらすことになる。２つのチャンネル『Ａ』および『Ｂ』は、一方のチャンネルが他のチャンネルよりも進んでいるか遅れているかを評価することによって回転方向を決定するように、位相が９０°異なるように配置される。この情報を使用することによって、インクリメンタルエンコーダの回転方向を得ることができ、また、チャンネルからのパルスの数を計数することによって角速度を測定することができる。
【００２９】
２チャンネル出力を有するディジタルインクリメンタルエンコーダは、デュアルチャンネルインクリメンタルエンコーダ、或いは、直交エンコーダとして参照されるかも知れない。典型的な実施例において、デュアルチャンネルインクリメンタルエンコーダは、ＸＯＲゲー１１２を介してＮビットラッチ１０８の［ｍ］および［ｍ−１］ビットを組み合わせることによって提供される。デュアルチャンネルエンコーダの原理動作は、１チャンネルの技術に類似している。ＰＷＭ信号の立ち上がりエッジはカウンタをトリガし、カウンタは計数を開始し、また、ＰＷＭ信号の立ち下がりエッジはカウンタをリセットし、デュアルチャンネル出力をアップデートする新たな値でラッチする。
【００３０】
図４はこれら２チャンネルの状態間の関係を示している。図４は、２つの異なる時間間隔１３０および１４０を示す。ＰＷＭとラベル付けされた波形は、真のＰＷＭ波形を表してはいないが、ＰＷＭ信号のデューティーサイクル変化および回転方向（すなわち、『Ａ』が『Ｂ』よりも進んでいるか遅れているか）間における関係を示すためのものである。図４において、第１の時間間隔１３０の間、ＰＷＭ信号は、反時計回りの回転の結果、次第に厚くなることが分かる。さらに、第２の時間間隔１３０の間、ＰＷＭ信号は、時計回りの回転の結果、次第に薄くなることも分かる。
【００３１】
Ｂitmは信号『Ａ』として使用されるため、ＢitmとＢitm-1のＸＯＲ結合は、Ｂitm-1の周波数はＢitmの周波数よりも２倍高いので、信号『Ａ』に関して四分の一サイクルずれた第２の信号『Ｂ』を生成する。この信号『Ａ』および『Ｂ』間の直交配置は、回転方向が時計回りか反時計回りかを決定するために使用され得る。すなわち、回転の方向は、第２の信号のエッジ遷移間における第１の信号のレベルによって決定され得る。『Ｂ』が『Ａ』よりも進んでいればエンコーダは反時計回りに回転しており、また、『Ａ』が『Ｂ』よりも進んでいればエンコーダは時計回りに回転している。従って、２チャンネルエンコーダで直交検出を行うことにより、確かな方向の情報を提供する。
【００３２】
また、図２のディジタルインクリメンタルエンコーダは、第３の出力チャンネルにインデックス信号を出力する。インデックス信号は、ＰＷＭ信号が回転の全サイクルに対応する最大のデューティーサイクルになったときに生成される。ＡＮＤゲート１１０は、１回転当たり１パルスの出力を与える１００％デューティーサイクルに対応するｋビット二進コードと共にアンドを取るために使用される。このインデックス出力は、エンコーダのホームベースまたは零ポジションを決めるための基準として役に立つ。ｋビットは、連続している必要はなく、ＢitmおよびＢitm-1も含むかも知れない。
【００３３】
一般に、ＮＣＡＰＳのような角度位置センサに基づくディジタルインクリメンタルエンコーダは、ＮＣＡＰＳのＰＷＭ出力特性がアナログであるという事実に依存した従来の光学的なインクリメンタルエンコーダよりも高い解像度を提供する。典型的に、ＰＷＭに基づくディジタルインクリメンタルエンコーダの解像度は、エンコーダにより達成され得る解像度が直接クロック周波数に比例するため、マスタークロックｆによって決定される。この解像度は、Ｒ＝Ｐ1／（２m＊Ｐ2）によって規定することができる。ここで、Ｒはエンコーダの解像度、Ｐ1はＰＷＭ発生器の周期、ｍは信号のエンコーディングに使用されるビットの位置（Ｍ≧１）、そして、Ｐ2はマスタークロックの周期である。
【００３４】
例えば、もし、３６ＭＨｚのマスタークロックを使用するカウンタに対して２．２２ｋＨｚのＰＷＭ信号が与えられると、出力信号は、３番目の最下位ビットによって規定され、ｍ＝２，Ｐ1＝１／［２．２２ｋＨｚ］＝４５０μｓ，そして，Ｐ2＝１／［３６ＭＨｚ］＝０．０２７２７μｓとなる。従って、Ｒ＝Ｐ1／（２m＊Ｐ2）＝［４５０μｓ］／［２2＊０．０２７２μｓ］＝４０９５ステップとなる。従って、Ｎ＝１２ビット（２12＝４０９６）のカウンタは、回転の３６０°内に４０９６ステップのフルスケールインクリメンタル解像度を提供するのに十分である。
【００３５】
より高い角度の解像度は、速いマスタークロックおよび高いパフォーマンスを有するディジタル回路（システムのノイズフロアリミテーション（noise floor limitations）以内）を使用することによって達成される。ここで、マスタークロックの周波数に加えて、ｍの値の選択がエンコーダの解像度に影響を与えることに注意すべきである。ｍの値が高くなれば（ラッチのより上位のビットが信号『Ａ』出力として選択されると）、エンコーダが達成できる解像度が低くなる。しかしながら、ラッチの下位のビットはＰＷＭ信号の遷移エッジにおいて振動しがちであり、誤ってトリガを生じるかも知れないので、ｍの値を高くすることは、システムが安定になることに注意すべきである。
【００３６】
ＰＷＭに基づくディジタルインクリメンタルエンコーダは、従来の光学的なインクリメンタルエンコーダよりも低い価格で高い解像度を提供することができる。さらに、光学的なセンサおよびエミッタを無くすことによりインターフェースの問題を少なくし、それによって、電気的なインターフェースの設計を簡略にする。さらに、信号処理の全てをＡＳＩＣに集合することでより好ましい測定性能を提供することができる。これらの好ましい特性によって、ＰＷＭに基づくディジタルインクリメンタルエンコーダは、高い性能，解像度，精度および反復使用性が要望される適用に好適で経済的なものである。
【００３７】
以上、添付図面を参照して、本発明の特定の代表的な実施例を詳述したが、そのような実施例は、単に描かれただけであって、広い本発明を限定するものではないことは理解されるであろう。また、本発明の広い発明の概念から逸脱することなく、描かれたおよび上述された本発明の他の実施例に様々な変形がなされることは認識されるであろう。上述したように、本発明は、開示された特定の実施例および配置図に限定されることなく、添付した特許請求の範囲の記載によって規定される本発明の範囲および思想を越えない様々な改変，修正および変更を包含するのは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】インクリメンタルエンコーダ出力波形を示す図である。
【図２】本発明に係る一実施例としてのＰＷＭに基づくディジタルインクリメンタルエンコーダのブロック図である。
【図３】マスタークロックおよび入力ＰＷＭ信号が参照して示された、図２のディジタルインクリメンタルエンコーダの出力波形を示す図である。
【図４】図２のディジタルインクリメンタルエンコーダの出力波形を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００    位置センサ
１０２    ＰＷＭ発生器
１０４    マスタークロック
１０６    Ｎビットカウンタ
１０８    Ｎビットラッチ
１１０    ＡＮＤゲート
１１２    ＸＯＲゲート
【図１】
2005338050.tif 000003
【図２】
2005338050.tif 000004
【図３】
2005338050.tif 000005
【図４】
2005338050.tif 000006