(57)【要約】【課題】  自動車および他の用途に対してより良好な分解能および線形精度性能を有するマルチターン回転位置センサを実現する。【解決手段】  複数の３６０度ターンに対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を生成するマルチターンＰＷＭ生成器である。カウンタは、基準信号のサイクル数をカウントして対応するバイナリ出力を生成する。分周器は、複数ターンのターン数でセンサ出力信号の周波数を分割する。デマルチプレクサは、バイナリ出力を受信し、各々が複数ターンの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成する。マルチプレクサは、ターンインジケータ信号の中から機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択する。フリップフロップは、選択されたターンインジケータ信号と周波数分割された信号とを使ってＰＷＭ出力を生成する。マルチターンＰＷＭ生成器は、単一ターンの角度位置センサと結合でき、マルチターン角度位置センサを形成する。【選択図】      図４
2005283559.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数回の３６０度ターンに対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を生成するマルチターンＰＷＭ生成器であって、
基準信号を受信して該基準信号のサイクル数をカウントし、カウントされた前記サイクル数に対応するバイナリ出力を生成するカウンタと、
センサ出力信号を受信して該センサ出力信号の周波数をマルチターンにおけるターン数で分割し、周波数分割された信号を生成する分周器であって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得る分周器と、
前記バイナリ出力を受信し、各々が前記マルチターンのうちの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成するデマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号および機械的ターンインジケータ信号を受信し、前記ターンインジケータ信号の中から前記機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択するマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを受信し、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成する少なくとも１つのフリップフロップと、
を備えることを特徴とするマルチターンパルスＰＷＭ生成器。
【請求項２】
前記ＰＷＭ出力のデューティーサイクルは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号との位相差によって画定される請求項１に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【請求項３】
前記少なくとも１つのフリップフロップは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つを受信する第１のフリップフロップと、前記周波数分割された信号を受信する第２のフリップフロップと、を備え、
前記第２のフリップフロップの出力は、第１のフリップフロップに対して入力として提供され、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つの各立ち上がりエッジは前記第１のフリップフロップをセットし、前記周波数分割された信号の各立ち上がりエッジは前記第１のフリップフロップをリセットし、
前記第１のフリップフロップの出力は、前記ＰＷＭ出力である請求項１に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【請求項４】
前記カウンタは、Ｎを前記ターン数としたとき、「０」から「Ｎ−１」まで繰り返しカウントし、リセットする請求項１に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【請求項５】
前記機械的ターンインジケータ信号を格納するラッチをさらに備え、前記ラッチの内容は前記マルチターンＰＷＭ生成器の通常動作中は変化しない請求項１に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【請求項６】
前記ターン数は５である請求項１に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【請求項７】
前記カウンタはＭビットカウンタであり、ここで前記Ｍは、Ｎを前記ターン数としたとき、ｌｏｇ2Ｎを使って計算される請求項１に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【請求項８】
軸の周りの回転を検知するマルチターン角度位置センサであって、
複数の送信機ループアンテナが形成された送信機ディスクと、
複数の受信機ループアンテナが形成された受信機ディスクであって、各前記受信機ループアンテナが前記送信機ループアンテナのうちの１つに対応し、前記送信機ディスクと前記受信機ディスクとは互いに前記軸の周りに実質的に固定される受信機ディスクと、
前記送信機ループアンテナから送信され前記受信ループアンテナから受信される信号を可変的に減衰するために形成された減衰パターンを有するカプラディスクであって、該カプラディスクは、前記送信機ディスクおよび前記受信機ディスクに対して軸の周りで回転可能であるカプラディスクと、
複数回の局部発振器信号と基準信号とを生成するディジタル信号生成器と、
前記局部発振器信号と前記受信機アンテナループが受信した信号とを受信し、前記軸の回りの前記カプラディスクの角度位置を表すセンサ出力信号を生成するミキサと、
複数回の３６０度ターンに対応するＰＷＭ出力を生成するマルチターンＰＷＭ生成器であって、該マルチターンＰＷＭ生成器は、
基準信号を受信し、該基準信号のサイクル数をカウントして、カウントされた前記サイクル数に対応するバイナリ出力を生成するカウンタと、
前記センサ出力信号を受信し、複数ターンにおけるターン数で前記センサ出力信号の周波数を分割して、周波数分割された信号を生成する分周器であって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得る分周器と、
前記バイナリ出力を受信し、各々が前記マルチターンのうちの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成するデマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号および機械的ターンインジケータ信号を受信し、前記ターンインジケータ信号の中から前記機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択するマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを受信し、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成する少なくとも１つのフリップフロップと、
を備えるマルチターンＰＷＭ生成器と、
を備えることを特徴とするマルチターン角度位置センサ。
【請求項９】
複数回の３６０度ターンに対応するマルチターンパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する方法であって、
基準信号を受信して該基準信号のサイクル数をカウントするステップであって、カウントされた前記サイクル数に対応するバイナリ出力を生成するステップと、
センサ出力信号の周波数をマルチターンにおけるターン数で分割し、周波数分割された信号を生成するステップであって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得るステップと、
前記バイナリ出力を使って、各々が前記マルチターンのうちの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成するステップと、
前記ターンインジケータ信号の中から機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択するステップと、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成するステップと、を備えることを特徴とする、マルチターンパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する方法。
【請求項１０】
前記ＰＷＭ出力のデューティーサイクルは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号との位相差によって画定される請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＰＷＭ出力を生成するステップは、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つの各立ち上がりエッジを使ってフリップフロップをセットするステップと、
前記周波数分割された信号の各立ち上がりエッジを使って前記フリップフロップをリセットするステップと、を備え、
前記フリップフロップの出力は前記ＰＷＭ出力である請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記カウントするステップは、Ｎを前記ターン数としたとき、「０」から「Ｎ−１」まで繰り返しカウントし、リセットする請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
ラッチに前記機械的ターンインジケータ信号を格納するステップをさらに備え、前記ラッチの内容は前記マルチターンＰＷＭ生成器の通常動作中は変化しない請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、角度位置センサのためのパルス幅変調（ＰＷＭ）回路、特に非接触型マルチターン角度位置センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車産業においては、電気的な安定制御、横揺れ防止システム、良好な燃料効率（すなわち、エンジンパワーの低減）の要請から、パワーステアリングにおいて、電気モータが油圧ポンプに取って代わってきている。このような電気モータのためのメインステアリング角度センサは、マルチターン回転位置センサが必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在のステアリング角度センサ技術は、ターンカウンタコードを単一ターンの光学エンコーダ情報に結びつける特別なアルゴリズムを必要とするマルチターンカウンタを有する光エンコーダを含んでいる。マルチ機械ターンを単一ターン回転に変換するために使用される別の技術は、ギア減速比（本願の場合、５：１）技術である。しかし、この方法は、センサの分解能や線形精度性能を低下させる。一例として、線形性のエラーが１％であるセンサは、５：１のギア減速比では５％のエラーになり、単一ターンユニットで０．０１度のステップサイズは、５ターンユニットでは０．０５度／ステップサイズになる。
【０００４】
したがって、自動車およびその他の用途に対してより良好な分解能および線形精度性能を有するマルチターン回転位置センサを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の典型的な実施例では、複数の３６０度ターンに対応するＰＷＭ出力を生成するマルチターンパルス幅変調（ＰＷＭ）生成器が提供される。カウンタは、基準信号を受信し、この基準信号のサイクル数をカウントして、カウントされたサイクル数に対応するバイナリ出力を生成する。分周器は、センサ出力信号を受信し、このセンサ出力信号の周波数を複数ターンにおけるターン数で分割して、周波数分割された信号を生成する。センサ出力信号は、基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が基準信号とオフセットし得る。デマルチプレクサは、バイナリ出力を受信し、各々が複数ターンのうちの１つに対応した複数のターンインジケータ信号を生成する。マルチプレクサは、ターンインジケータ信号および機械的ターンインジケータ信号を受信し、これらターンインジケータ信号の中から機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択する。少なくとも１つのフリップフロップは、ターンインジケータ信号のうちの選択された１つおよび周波数分割された信号を受信し、ターンインジケータ信号のうちの選択された１つおよび周波数分割された信号を使ってＰＷＭ出力を生成する。
【０００６】
本発明の別の典型的な実施例では、軸の周りの回転を検知するためのマルチターン角度位置センサが提供される。このセンサは、複数の送信機ループアンテナが形成された送信機ディスクと、複数の受信機ループアンテナが形成された受信機ディスクとを含む。各受信機ループアンテナは、送信機ループアンテナのうちの１つに対応する。送信機ディスクおよび受信機ディスクは、互いに軸の周りに実質的に固定される。センサはまた、送信機ループアンテナから送信され受信機ループアンテナによって受信される信号を可変的に減衰するために形成された減衰パターンを有するカプラディスクを含む。カプラディスクは、送信機ディスクおよび受信機ディスクに対して軸の周りで回転可能である。ディジタル信号生成器は、複数の局部発振器信号および基準信号を生成する。ミキサは、局部発振器信号と受信機ループアンテナによって受信された信号とを受信し、軸の周りのカプラディスクの角度位置を表すセンサ出力信号を出力する。マルチターンＰＷＭ生成器は、複数回の３６０度ターンに対応するＰＷＭ出力を生成する。
【０００７】
本発明のさらに別の典型的な実施例では、複数回の３６０度ターンに対応するマルチターンパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する方法を提供する。基準信号のサイクル数がカウントされて、カウントされたサイクル数に対応するバイナリ出力を生成する。センサ出力信号の周波数は複数ターンにおけるターン数によって分割され、これによって周波数分割された信号が生成されるが、ここで、センサ出力信号は、基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が基準信号とオフセットし得る。複数のターンインジケータ信号がバイナリ出力を使って生成されるが、各ターンインジケータ信号は、複数ターンのうちの１つに対応する。ターンインジケータ信号の中から機械的ターンインジケータ信号に対応する１つが選択される。ＰＷＭ出力は、ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと周波数分割された信号とを使って生成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明のこれらの態様および他の態様は、以下の議論および添付の図面を考慮して容易に理解できよう。
【０００９】
本発明の典型的な実施例では、非接触型角度位置センサ（ＮＣＡＰＳ）に対し、プログラム可能なマルチターン（ＭＴ）のＰＷＭ回路が提供される。本発明のマルチターン非接触型角度位置センサ（ＭＴ−ＮＣＡＰＳ）は、「誘導型減衰カプラを有する角度位置センサ」と題された米国特許第６，３０４，０７６号公報に開示された角度位置センサに基づき、その全ての内容については参照することで本願明細書に編入される。以下に説明される典型的な実施例では、マルチターンのＰＷＭ回路は、単一ターンのＮＣＡＰＳとともに、ＰＷＭ信号のフルサイクル（０度〜３６０度）のマルチターン出力を作り出す。ＮＣＡＰＳおよびＭＴ−ＮＣＡＰＳは、ここでは単に「角度位置センサ」と言うことができる。
【００１０】
図１を参照すると、角度位置センサ１０は、送信機１２、受信機１６およびそれらの間に入るカプラディスク１４を含む。図２から分かるように、送信機１２および受信機１６には両方とも、それぞれ複数のループアンテナ２２が形成されている。このループアンテナは、送信機および受信機の各ディスクの周りに円形パターンで分節的に配置される独立した螺旋状の誘導コイルから構成される。図２の６個のアンテナ２２は、ディスクの３６０度全体を完全に取り巻いている。送信機／受信機上の６個のループアンテナは、隣接するチャネル間の所望の位相分割に依存し、他の実施例では異なっていてもよい。
【００１１】
送信機１２および受信機１６は実質的に交互に固定される。カプラディスク１４は、角度センサが使われる装置の機械的ターンに従って回転する。送信機１２における各ループアンテナ２２は信号を送信するのに使われるが、その信号は受信機において対応するループアンテナ２２によって受信される。信号経路に干渉（減衰）物体が存在しないとき、受信信号の振幅は最大である。しかしながら、減衰物体がこの経路において干渉を引き起こすことに使われるのならば、受信信号の振幅は減衰する。受信信号は、干渉物体によってもたらされる干渉量に比例して減衰する。
【００１２】
図３は、カプラパターン３４が形成されたディスクを有するカプラディスク３０を示す。カプラパターン３４は、角度位置センサ１０においては干渉（減衰）物体として、可変減衰を提供する。ディスク３２は、例えば、プラスチックのような絶縁物質で作られる。カプラパターン３４は銅のような金属で作られる。
【００１３】
理論上は、単一チャネルは、位置情報および／または角度変位情報を検出し提供するよう適合すべきである。しかし、検出した振幅は、送信機１２と受信機１６との分離によっても影響を受け、また、送信信号の電力レベルによっても影響を受けるが、この不確実性の結果生じるエラーでは、自動車、産業および／または航空宇宙産業といった重要な用途に受け入れられ得る性能を提供できない。したがって、振幅−位相変換技術を有するマルチチャネルシステムは、振幅情報を位相情報へ変換する角度位置センサで使われる。
【００１４】
隣接するチャネル間における角度の位相分離は、Ｎをチャネル数としてΔθ＝２π／Ｎで定義される。したがって、図２に例示された角度位置センサでは、Ｎ＝６なのでΔθ＝π／３である。図４の角度位置センサの機能ブロック図１００では、角度位置センサ１０は、水晶発振器１０２によって生成された周波数Ｆｃを受信する。周波数Ｆｃは、例えば１ＭＨｚでよい。他の実施例で、異なる周波数を使ってもよい。周波数Ｆｃは、ディジタル信号生成器１０４に提供されるが、このディジタル信号生成器１０４は複数の局部発振器信号ＬＯ1〜ＬＯNを生成する。ディジタル信号生成器１０４はまた、基準信号Ｓを生成するが、この基準信号Ｓは、ゼロ度のときの中間周波数（ＩＦ）信号を表す。基準信号Ｓは、例えば２．２２ＫＨｚの周波数を有してもよく、あるいは他の適切な周波数を有してもよい。局部発振器信号は、周波数Ｆｃとほとんど同じ周波数である。しかし、これらは、互いにΔθだけ位相がオフセットしており、Ｎ＝６の場合６０度（すなわちπ／３）である。局部発振器信号のそれぞれは、例えば、ωcを送信信号周波数、ω0を所定のＩＦとしたときＬＯi＝ｃｏｓωcｔ−ｃｏｓ〔ω0ｔ＋２π（ｉ／Ｎ）〕で表すことができる。
【００１５】
一方で、Ｎ個の受信信号Ｒ1〜ＲNは、角度位置センサ１０によって生成される。カプラパターン３４は送信機１２および受信機１６のループアンテナ２２間の信号送信を干渉させ減衰させるので、受信信号はカプラディスク１４の角度位置に基づいて異なる振幅を有する。各受信器（Ｒi）における信号振幅は、例えば、Ａi＝Ａｃｏｓ〔θ＋２π（ｉ／Ｎ）〕としてＲi（ｔ）＝Ａiｃｏｓ（ωcｔ）によって定義される。換言すれば、Ａは送信機１２におけるループアンテナ２２のそれぞれによって送信された信号の振幅であるが、カプラディスク１４によって提供された可変減衰のために、受信機１６におけるループアンテナ２２によって受信された信号の振幅は、互いに異なり、Ａi＝Ａｃｏｓ〔θ＋２π（ｉ／Ｎ）〕によって与えられ、カプラディスク１４の角度ポジション（θ）に依存したものとなる。
【００１６】
受信信号Ｒ1〜ＲNは、はじめに局部発振器信号ＬＯ1〜ＬＯNと混合される。まず、受信信号はマルチプレクサ１０６、１０８および１１０によって対応する局部発振器信号と乗算され、それぞれ、ＩＦ信号ＩＦ1〜ＩＦNが生成される。ミキサのダウン変換処理に基づいて、ＬＯ、ＩＦおよびＲＦ（送信周波数）間の関係は、ＩＦ＝ＲＦ−ＬＯとして規定される。損失のないミキサを仮定すると、ＩＦ信号のそれぞれは、ＩＦi＝Ａiｃｏｓ〔ω0ｔ＋２π（ｉ／Ｎ）〕で表すことができる。
【００１７】
その後、ＩＦ信号は、加算増幅器１１２を使って、信号の位相シフト変化がカプラディスクの角度位置に依存するような単一の正弦波信号に変換される。チャネルのそれぞれによって受信された信号は互いに供給電圧に比例しているので、送信信号の振幅の変化は、結果的には位相情報には影響しない。増幅器１１２の出力における信号は、ＩＦ＝１／２Ａｃｏｓ（ω0ｔ−θ）によって与えられる。この式から、増幅器１１２の出力信号は、カプラディスク１２の角度位置を表す位相関係であり、送信信号の振幅変化に依存しないということがわかる。加算増幅器１１２の信号出力は、ローパスフィルタ／増幅器１１４およびコンパレータ１１６を通って、結合された受信信号Ｒ（これ以降、「受信信号」とも称する。）を生成する。
【００１８】
単一ターンの角度位置センサのＰＷＭ出力は、図４に示すようにＰＷＭ生成器１１８において受信信号Ｒと基準信号Ｓとを比較することによって生成される。単一ターンの角度位置センサに対して、ＰＷＭ生成器は単に、ＲＳフリップフロップのようなフリップフロップでもよい。図５（Ａ）は１０％のデューティーサイクルに対するＳ、ＲおよびＰＷＭ出力を例示し、図５（Ｂ）は４０％のデューティーサイクルに対するＳ、ＲおよびＰＷＭ出力を例示する。ＰＷＭ出力は、ＰＷＭ−アナログ変換器１２０にも提供される。単一ターンの角度位置センサに対するアナログＰＷＭ出力ののこぎり波２３０が図８に例示される。
【００１９】
マルチターンの角度位置センサに対しては、図４のＰＷＭ生成器１１８は、マルチターンＰＷＭ出力を生成する回路に置き換えられる。このような回路は、図６に、マルチターンＰＷＭ生成器２００として例示される。マルチターンＰＷＭ生成器２００は、マルチターンカウンタ回路を使って信号Ｓと信号Ｒとを結合することによって単一ターンのＰＷＭ生成器と同じ分解能および精度を有するマルチターンＰＷＭ出力を生成する。
【００２０】
マルチターンＰＷＭ生成器２００は、Ｍビットカウンタ２０２を含むが、これは、基準信号Ｓのサイクル数を受信してカウントすることができる。例えば、Ｍビットカウンタ２０２は、２M−１に達したときは０にリセットすることによって０から２M−１まで繰り返しカウントすることができる。Ｍビットカウンタ２０２はまた、カウンタがリセットされるときの最大数をプログラミングすることによって０から２M−１未満までの数を繰り返しカウントすることができる。Ｍビットカウンタ２０２の出力すなわちＭ個ビットＱ1〜ＱMは、Ｎビットデプレクサ２０４に提供される。数Ｎはマルチターン角度位置センサのターン数を表し、ＭはバイナリフォーマットにおいてＮを表すのに使われるビット数である。それゆえ、ＭとＮとの間の関係は、一般的にＭ≒ｌｏｇ2Ｎで表される。
【００２１】
Ｎビットデマルチプレクサ２０４は、Ｑ1〜ＱMを逆多重化してＮ個のターンインジケータ信号Ｔ1〜ＴNを生成するが、そのそれぞれは機械的ターンインジケータ２０６の考えられ得る位置のうちの１つを示している。例えば、ターンインジケータ信号Ｔ1は１番目のターンであり、ターンインジケータ信号ＴNはＮ番目のターンである。機械的マルチターンインジケータ２０６は、パワーアップの時間におけるその初期位置に対応するＭビット出力を生成する。初期位置インジケーション（すなわちＭビット出力）は、ラッチ２０８によってラッチされる。初期位置インジケーションは、通常のシステム動作中は一定のままである。ラッチ２０８は、システムのパワーダウンおよびその後に続くパワーアップの時にリセットされる。
【００２２】
初期位置インジケーションは、Ｎターンインジケータ信号のうちの１つを選択する選択入力としてＮビットマルチプレクサ２１０に提供される。初期位置インジケーションは、通常動作中は一定のままであるので、選択されたターンインジケーション信号もまた通常動作中は一定のままである。例えば、初期ターンインジケーションがターン数３を示す場合、Ｔ３信号が選択され、システムがパワーダウンされるまで選択されたままである。
【００２３】
受信信号Ｒは、分周器２１４においてＮ（ターン数）によって周波数分割され、周波数Ｒ／Ｎを有する周波数分割された受信信号が生成される。そして、周波数分割された受信信号Ｆおよび選択されたターンインジケータ信号は、フリップフロップ２１２および２１６のペアに提供され、マルチターンのＰＷＭ出力が生成される。選択されたターンインジケータ信号はクロック入力としてフリップフロップ２１２に提供され、周波数分割された受信信号はクロック入力としてフリップフロップ２１６に提供される。第１のフリップフロップ２１２のイネーブル入力は、第２のフリップフロップ２１６の反転出力Ｐ２＾（ただし、「＾」はＰ２の「反転」を意味する「バー（ｂａｒ）」である。）に関係している。第２のフリップフロップ２１６のイネーブル入力は、第１のフリップフロップ２１２の出力Ｐ１に関係しており、また、これはマルチターンＰＷＭ出力である。
【００２４】
マルチターンＰＷＭ生成器２００の機能についてはおそらく、図７を参照すればより詳しく説明できよう。図７は、Ｎ＝５の場合についての５ターンのＰＷＭ生成器２００’を例示する。図７の５ターンのＰＷＭ生成器２００’は、図６のマルチターンＰＷＭ生成器２００の特別な場合である。そのようなものとして、５ターンのＰＷＭ生成器２００’の信号、構成部品、配線および機能は、マルチターンＰＷＭ生成器２００の対応する信号、構成部品、配線および機能と実質的に同じである。それゆえに、５ターンのＰＷＭ生成器２００’の構成部品を示すのに使われる参照符号は、図６の対応する構成部品を示すのに使われる参照符号に単にプライム（’）を付したものとする。
【００２５】
Ｎ＝５であるので、上述のＮとＭとの関係に基づき、Ｍ＝ｌｏｇ2Ｎ＝ｌｏｇ2５≒３である。したがって、３ビットカウンタ２０２’は、５ビットデマルチプレクサ２０４’に提供される３ビット出力Ｑ1、Ｑ2およびＱ3を生成するのに使われる。５ビットデマルチプレクサ２０４’は、５個のターンインジケータ信号を生成するが、そのそれぞれは、基準信号Ｓの５クロックサイクルに相当する周期を有する。５ターンのＰＷＭ生成器２００’に対して、単一の角度位置センサおよびその他適当なセンサは、１個の０％〜１００％のフルデューティーサイクルを完結するために、５回転しなければならない。例えば、図８は、アナログフォーマットでの単一ターンの角度位置センサのＰＷＭのこぎり波出力波形と５ターンの角度位置センサのＰＷＭのこぎり波出力波形との関係を示す。図８には、単一ターンのＰＷＭ出力２３０が０％〜１００％の５個のフルデューティーサイクルを完結する間に、５ターンＰＷＭ出力２４０は１つのフルデューティーサイクルを完結することが示されている。
【００２６】
図７を再び参照すると、３ビットバイナリカウンタ２０２’は、５まで数え上げ、カウントオーバーで再度、再スタートする。５ビットデマルチプレクサ２０４’は、３ビットバイナリカウンタ２０２’の３ビット出力Ｑ1、Ｑ2およびＱ3を受信し、５個のターンインジケータ信号Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4およびＴ5を生成する。ターンインジケータ信号のそれぞれは、機械的位置インジケータ２０６’の５つの位置のうちの１つの出力信号を表す。機械的マルチターンインジケータ２０６’は、パワーアップの時における初期位置に対応する３ビット出力を生成する。そして、初期位置インジケーション（すなわち３ビット出力）は、ラッチ２０８’によってラッチされる。初期位置インジケーションは、通常のシステム動作中は一定のままである。ラッチ２０８は、システムのパワーダウンおよびその後に続くパワーアップの時にリセットされる。
【００２７】
５個のターンインジケータ信号Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4およびＴ5は、５ビットマルチプレクサ２１０’に供給されるが、５ビットマルチプレクサ２１０’は、パワーアップ時のバイナリフォーマットでの機械的位置インジケータの実際のターンによって決定される１つのターンインジケータ信号Ｔを出力する。ラッチ２０８’は、出力ターンインジケータ信号Ｔを選択するために、５ビットマルチプレクサ２１０’に機械的ターンインジケーションを提供する。
【００２８】
受信信号Ｒは分周器２１４’によって５で分割され、周波数分割された受信信号Ｆが生成されるが、この信号は、ターンインジケータ信号Ｔと組み合わされて５ターンのＰＷＭ出力を生成するのに使われる。ターンインジケータ信号Ｔのプラスの過渡（すなわち立上がりエッジ）ごとにフリップフロップ２１２’の出力をセットし、周波数分割された受信信号Ｆのプラスの過渡（すなわち立ち上がりエッジ）ごとにフリップフロップ２１６’をトリガしてこれをリセットする。このやり方では、結合された受信信号Ｒの位相は、５ターンＰＷＭ出力の０％〜１００％の１個のフルサイクルを完結するためには、５×（２π）だけシフトしなければならない（すなわち、カプラディスクは５回転しなければならない。）。これにより、単一ターン（０度〜３６０度）の角度位置センサの動作の５回転に基づく５ターンのＰＷＭ信号出力が生成される。
【００２９】
図９は、図７の５ターンＰＷＭ生成器２００’の完全なタイミング図を例示する。基準信号Ｓおよび受信信号Ｒは実質的に同じ周波数を有するが、位相が互いにオフセットしていることが分かる。３ビットカウンタ２０２’の出力は、初期に全てゼロにセットされる。３ビットカウンタ２０２’は、説明した典型的な実施例においては３ビット同期カウンタであるので、Ｑ1は基準信号Ｓの各立ち上がりエッジでトグルし、Ｑ2はＱ1がハイの時のみ基準信号Ｓの立ち上がりエッジでトグルし、Ｑ3はＱ1およびＱ2の両方がハイの時のみ基準信号Ｓの立ち上がりエッジでトグルする。ビットＱ1、Ｑ2およびＱ3はまた、３ビットカウンタ２０２’のリセット時にトグルしてもよい。
【００３０】
３ビットカウンタ２０２’は、（Ｑ3、Ｑ2、Ｑ1）が１００（バイナリ４）に達するまで基準クロック信号Ｓの連続クロックパルスごとにインクリメントしつづける。基準クロック信号Ｓの次のクロックパルス時に、３ビットカウンタ２０２’は、ゼロにリセットされる。カウンタが０から４までカウントするので、５個のターンインジケータ信号（Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3、Ｔ4およびＴ5）が、５ビットデマルチプレクサによって生成される。ターンインジケータ信号のそれぞれは、機械的位置インジケータの５つの位置のうちの１つを表す。
【００３１】
５ビットデマルチプレクサ２０４’の５個の信号出力は、５ビットマルチプレクサ２１０’によって受信され、機械的ターンインジケータ２０６’の出力によって選択されるが、これは、パワーアップ時の機械的ターンインジケータの実際のターン位置を示す。換言すれば、ターンインジケータ信号Ｔ1は機械的ターン位置インジケータの１番目のターンに対応し、ターンインジケータ信号Ｔ2は機械的ターン位置インジケータの２番目のターンに対応し、ターンインジケータ信号Ｔ3は機械的ターン位置インジケータの３番目のターンに対応し、ターンインジケータ信号Ｔ4は機械的ターン位置インジケータの４番目のターンに対応し、ターンインジケータ信号Ｔ5は機械的ターン位置インジケータの５番目のターンに対応する。したがって、ターンインジケータ信号の選択された１つは、パワーアップ時における実際の機械的位置に基づいた５ターンＰＷＭ生成器のための基準パルスとして使われる。
【００３２】
周波数分割された受信信号Ｆは、分周器２１４’において受信信号Ｒを分割することによっても生成される。周波数分割された受信信号Ｆは、上述のターンインジケータ信号の選択された１つとともに、５ターンＰＷＭ出力を生成する。図９に示されるＰＷＭ出力波形は、機械的マルチターンインジケータ２０６’がパワーアップ時の１回目のターンにおけるスタート位置を示すとき、生成される。Ｔ1は１回目のターンにおける信号出力を表すので、５ターンＰＷＭ生成器２００’の基準信号として選択される。したがって、５ターンＰＷＭ出力は信号Ｔ1と信号Ｆとを結合することによって生成される。
【００３３】
したがって、本発明の典型的な実施例では、単一サイクルのＰＷＭ（０度〜３６０度）をマルチターンのＰＷＭに変換するＰＷＭ回路が提供される。ＰＷＭ回路は、中心位置からステアリングホイールの±２．５ターンのロックトゥロック（ｌｏｃｋ−ｔｏ−ｌｏｃｋ）範囲を有するステアリング角度センサとして使うために、ＮＣＡＰＳと連結して使うことができる。例えば、５ターン角度位置センサが、５回の完全回転をすることができる自動車のステアリングホイールで使われる場合、３回目のターンは、ホイールがまっすぐであることを示す中心位置にステアリングホイールがあることを示すであろう。１回目のターンはめいっぱい左に切られたドライビングホイールを示し、５回目のターンはめいっぱい右に切られたドライビングホイールを示す。
【００３４】
図１０では、本発明の典型的な実施例において、ＭＴ−ＮＣＡＰＳ３００のＰＷＭ出力が、ＰＷＭコンバータ３０２に連結されている。ＭＴ−ＮＣＡＰＳ３００は、例えば、図６のマルチターンＰＷＭ生成器２００もしくは図７のマルチターンＰＷＭ生成器２００’がＰＷＭ生成器１１８として使われるとき、図４の角度位置センサ１００と実質的に同じ構造を有してもよい。ＰＷＭコンバータ３０２は、０％〜１００％のデューティーサイクルを有するＰＷＭ出力を受信し、このＰＷＭ出力を、例えば５％〜９５％などといったような所望のスタート点およびストップ点を有したデューティーサイクル範囲に変換する。ＰＷＭコンバータ３０２は、例えば、２００３年８月８日に発行された「ディジタルプログラマブルパルス幅変調（ＰＷＭ）コンバータ」と題された米国特許第６，５４５，６２１号公報に開示されたディジタルプログラマブルＰＷＭコンバータと実質的に同じであってもよく、その全ての内容については参照することで本願明細書に編入される。
【００３５】
本発明の実施例の技術的特徴は下記のとおりである。
【００３６】
（１）  複数回の３６０度ターンに対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を生成するマルチターンＰＷＭ生成器であって、
基準信号を受信して該基準信号のサイクル数をカウントし、カウントされた前記サイクル数に対応するバイナリ出力を生成するカウンタと、
センサ出力信号を受信して該センサ出力信号の周波数をマルチターンにおけるターン数で分割し、周波数分割された信号を生成する分周器であって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得る分周器と、
前記バイナリ出力を受信し、各々が前記マルチターンのうちの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成するデマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号および機械的ターンインジケータ信号を受信し、前記ターンインジケータ信号の中から前記機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択するマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを受信し、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成する少なくとも１つのフリップフロップと、
を備えることを特徴とするマルチターンパルスＰＷＭ生成器。
【００３７】
（２）  前記ＰＷＭ出力のデューティーサイクルは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号との位相差によって画定される上記（１）に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【００３８】
（３）  前記少なくとも１つのフリップフロップは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つを受信する第１のフリップフロップと、前記周波数分割された信号を受信する第２のフリップフロップと、を備え、
前記第２のフリップフロップの出力は、第１のフリップフロップに対して入力として提供され、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つの各立ち上がりエッジは前記第１のフリップフロップをセットし、前記周波数分割された信号の各立ち上がりエッジは前記第１のフリップフロップをリセットし、
前記第１のフリップフロップの出力は、前記ＰＷＭ出力である上記（１）に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【００３９】
（４）  前記カウンタは、Ｎを前記ターン数としたとき、「０」から「Ｎ−１」まで繰り返しカウントし、リセットする上記（１）に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【００４０】
（５）  前記機械的ターンインジケータ信号を格納するラッチをさらに備え、前記ラッチの内容は前記マルチターンＰＷＭ生成器の通常動作中は変化しない上記（１）に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【００４１】
（６）  前記ターン数は５である上記（１）に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【００４２】
（７）  前記カウンタはＭビットカウンタであり、ここで前記Ｍは、Ｎを前記ターン数としたとき、ｌｏｇ2Ｎを使って計算される上記（１）に記載のマルチターンＰＷＭ生成器。
【００４３】
（８）  軸の周りの回転を検知するマルチターン角度位置センサであって、
複数の送信機ループアンテナが形成された送信機ディスクと、
複数の受信機ループアンテナが形成された受信機ディスクであって、各前記受信機ループアンテナが前記送信機ループアンテナのうちの１つに対応し、前記送信機ディスクと前記受信機ディスクとは互いに前記軸の周りに実質的に固定される受信機ディスクと、
前記送信機ループアンテナから送信され前記受信ループアンテナから受信される信号を可変的に減衰するために形成された減衰パターンを有するカプラディスクであって、該カプラディスクは、前記送信機ディスクおよび前記受信機ディスクに対して軸の周りで回転可能であるカプラディスクと、
複数回の局部発振器信号と基準信号とを生成するディジタル信号生成器と、
前記局部発振器信号と前記受信機アンテナループが受信した信号とを受信し、前記軸の回りの前記カプラディスクの角度位置を表すセンサ出力信号を生成するミキサと、
複数回の３６０度ターンに対応するＰＷＭ出力を生成するマルチターンＰＷＭ生成器であって、該マルチターンＰＷＭ生成器は、
基準信号を受信し、該基準信号のサイクル数をカウントして、カウントされた前記サイクル数に対応するバイナリ出力を生成するカウンタと、
前記センサ出力信号を受信し、複数ターンにおけるターン数で前記センサ出力信号の周波数を分割して、周波数分割された信号を生成する分周器であって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得る分周器と、
前記バイナリ出力を受信し、各々が前記マルチターンのうちの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成するデマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号および機械的ターンインジケータ信号を受信し、前記ターンインジケータ信号の中から前記機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択するマルチプレクサと、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを受信し、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成する少なくとも１つのフリップフロップと、
を備えるマルチターンＰＷＭ生成器と、
を備えることを特徴とするマルチターン角度位置センサ
【００４４】
（９）  前記ＰＷＭ出力のデューティーサイクルは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号との位相差によって画定される上記（８）に記載のマルチターン角度位置センサ。
【００４５】
（１０）  前記少なくとも１つのフリップフロップは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つを受信する第１のフリップフロップと、前記周波数分割された信号を受信する第２のフリップフロップと、を備え、
前記第２のフリップフロップの出力は、第１のフリップフロップに対して入力として提供され、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つの各立ち上がりエッジは前記第１のフリップフロップをセットし、前記周波数分割された信号の各立ち上がりエッジは前記第１のフリップフロップをリセットし、
前記第１のフリップフロップの出力は、前記ＰＷＭ出力である上記（８）に記載のマルチターン角度位置センサ。
【００４６】
（１１）  前記カウンタは、Ｎを前記ターン数としたとき、「０」から「Ｎ−１」まで繰り返しカウントし、リセットする上記（８）に記載のマルチターン角度位置センサ。
【００４７】
（１２）  前記マルチターンＰＷＭ生成器は前記機械的ターンインジケータ信号を格納するラッチをさらに備え、前記ラッチの内容は前記マルチターンＰＷＭ生成器の通常動作中は変化しない上記（８）に記載のマルチターン角度位置センサ。
【００４８】
（１３）  前記ＰＷＭ出力をアナログ信号出力に変換するアナログコンバータをさらに備える上記（８）に記載のマルチターン角度位置センサ。
【００４９】
（１４）  前記ＰＷＭ出力は０％〜１００％のデューティーサイクルを有し、前記センサは、前記ＰＷＭ出力が０％〜１００％のデューティーサイクルを有するように変換するＰＷＭコンバータをさらに備える上記（８）に記載のマルチターン角度位置センサ。
【００５０】
（１５）  複数回の３６０度ターンに対応するマルチターンパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する方法であって、
基準信号を受信して該基準信号のサイクル数をカウントするステップであって、カウントされた前記サイクル数に対応するバイナリ出力を生成するステップと、
センサ出力信号の周波数をマルチターンにおけるターン数で分割し、周波数分割された信号を生成するステップであって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得るステップと、
前記バイナリ出力を使って、各々が前記マルチターンのうちの１つに対応する複数のターンインジケータ信号を生成するステップと、
前記ターンインジケータ信号の中から機械的ターンインジケータ信号に対応する１つを選択するステップと、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成するステップと、を備えることを特徴とする、マルチターンパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成する方法。
【００５１】
（１６）  前記ＰＷＭ出力のデューティーサイクルは、前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つと前記周波数分割された信号との位相差によって画定される上記（１５）に記載の方法。
【００５２】
（１７）  前記ＰＷＭ出力を生成するステップは、
前記ターンインジケータ信号のうちの選択された１つの各立ち上がりエッジを使ってフリップフロップをセットするステップと、
前記周波数分割された信号の各立ち上がりエッジを使って前記フリップフロップをリセットするステップと、を備え、
前記フリップフロップの出力は前記ＰＷＭ出力である上記（１５）に記載の方法。
【００５３】
（１８）  前記カウントするステップは、Ｎを前記ターン数としたとき、「０」から「Ｎ−１」まで繰り返しカウントし、リセットする上記（１５）に記載の方法。
【００５４】
（１９）  ラッチに前記機械的ターンインジケータ信号を格納するステップをさらに備え、前記ラッチの内容は前記マルチターンＰＷＭ生成器の通常動作中は変化しない上記（１５）に記載の方法。
【００５５】
（２０）  複数回の３６０度ターンに対応するパルス幅変調（ＰＷＭ）出力を生成するマルチターンＰＷＭ生成器であって、
基準信号および機械的ターンインジケータ信号を受信し、前記基準信号を使って、前記機械的ターンインジケータ信号に対応するターンインジケータ信号を生成する回路手段と、
センサ出力信号を受信し、該センサ出力信号の周波数を複数ターンにおけるターン数で分割して、周波数分割された信号を生成する分周器であって、前記センサ出力信号は、前記基準信号と実質的に同じ周波数を有するが、位相が前記基準信号とオフセットし得る分周器と、
前記ターンインジケータ信号と前記周波数分割された信号とを受信し、前記ターンインジケータ信号と前記周波数分割された信号とを使って前記ＰＷＭ出力を生成する少なくとも１つのフリップフロップと、を備えることを特徴とするマルチターンＰＷＭ生成器。
【００５６】
本発明のある典型的な実施例が詳細に説明され添付の図面に示されたが、このような実施例は単に例示的なものであり、広範な本発明を制限するものではないということを理解すべきである。種々の修正が、広範な本発明の範囲を逸脱することなく、上述した本発明の例示した実施例および他の実施例に対して作られることが認められよう。上述の観点から、本発明は、開示された特定の実施例もしくは構成に限定されず、添付の請求項によって定義された発明の範囲および精神の範囲内であらゆる変形、適用もしくは修正をカバーすることを指向していることを理解できよう。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
例えば、本発明の典型的な実施例がＮＣＡＰＳに関して説明されているが、本発明のプログラム可能なＭＴ−ＰＷＭ回路は、互換性のあるＰＷＭ出力を有するあらゆる回転センサもしくは線形センサで使うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の典型的な実施例を実施するために使うことができる角度位置センサの側面図である。
【図２】図１の送信機および受信機の両部分の平面図である。
【図３】図１のカプラディスクの平面図である。
【図４】本発明の典型的な実施例を実施するために使うことができる角度位置センサの機能ブロック図である。
【図５】単一ターンの角度位置センサがそれぞれ（Ａ）１０％および（Ｂ）４０％のデューティーサイクルであることを例示するタイミング図である。
【図６】本発明の典型的な実施例におけるマルチターンＰＷＭ生成器のブロック図である。
【図７】ターン数Ｎ＝５であるときにおける、図６のマルチターンＰＷＭ生成器のブロック図である。
【図８】単一ターンのＰＷＭ出力のこぎり波と５ターンのＰＷＭ出力との関係を示す図である。
【図９】図７の典型的な実施例における５ターン角度位置センサのタイミング図である。
【図１０】本発明の別の典型的な実施例におけるマルチターンＰＷＭ生成システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０    角度位置センサ
１２    送信機
１４    カプラディスク
１６    受信機
２２    ループアンテナ
３４    カプラパターン
１０４    ディジタル信号生成器
１０６、１０８、１１０    マルチプレクサ
１１２    加算増幅器
１１４    ローパスフィルタ／増幅器
１１６    コンパレータ
１１８    ＰＷＭ生成器
１２０    ＰＷＭ−アナログ変換器
２００    マルチパターンＰＷＭ生成器
２０２    Ｍビットカウンタ
２０４    Ｎビットデマルチプレクサ
２０６    機械的ターンインジケータ
２０８    ラッチ
２１０    Ｎビットマルチプレクサ
２１２    第１のフリップフロップ
２１４    分周器
２１６    第２のフリップフロップ
３００    マルチターン非接触型角度位置センサ（ＭＴ−ＮＣＡＰＳ）
３０２    ＰＷＭコンバータ
【図１】
2005283559.tif 000003
【図２】
2005283559.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005283559.tif 000009
【図８】
2005283559.tif 000010
【図９】
2005283559.tif 000011
【図１０】
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