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专利名称：一种抗杂讯干扰的位置或角度信号处理电路的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种抗杂讯干扰处理电路。本发明特别是有关一种抗杂讯干扰的位置或角度信号处理电路。
背景技术：
请参阅图1的位置/角度传感器的应用示意图，其中位置/角度传感器12可为光学尺、编码器、雷射干涉仪等。位置/角度传感器12的输出为两个相位差为90°的数字(方波)信号A与B，而信号A与信号B的准位变化与位置/角度传感器12量测出来的位置或角度有直接的关系，其中信号A与信号B的领先或落后代表位置/角度传感器12的移动方向。计数器14用来累加位置/角度传感器12的移动量，以实时反应待测物的移动。显示器16用来显示目前待测物的位置或角度，而控制系统18则应用实时变化的移动状态作为定位或定速等控制。显示器16可为工具机等开回路系统，而控制系统18可为服务系统的回授装置。
图2为图1中计数器14在读取信号A与信号B时的状态图。四个状态中第一个位代表信号A，第二个位代表信号B。如果两个信号A与B的变化为图中顺时针方向，计数器的计数值加一，反之若为逆时针方向，计数值则减一。例如当计数值为5的时候，原本信号A与信号B的状态皆为0(状态00)，假设信号A的状态更改为1(状态10)，计数值会因为此变化为顺时针方向而加一，变成6。
图3为信号A与信号B变化与计数器输出位置关系的示意图。当时间点t1到时间点t2的时候，位置/角度传感器为正方向移动，因此信号A的方波领先信号B的方波90°。计数器在每次信号A或信号B的边缘产生的时候都令计数值加一，表示位置/角度往正方向移动一个单位。如图所示，在这一段时间内，位置由1移动到5。同样地，在时间点t2到时间点t3之间，位置/角度传感器往反方向移动，因此信号B的方波领先信号A的方波90°，而待测物由位置5移回位置1。
由于位置/角度传感器的应用场合中经常使用大功率电机机械诸如放电加工机或计算机数值控制(Computer Numerical Control；CNC)车床等。这样的环境对于位置/角度传感器内部的电子电路会产生很大的杂讯干扰，使得位置/角度传感器的输出信号A与信号B的方波出现不预期的脉波(glitch)，因此计数器的计数值与待测物的实际位置会有累积误差，直接影响显示器的输出或控制系统的效能。
抗杂讯干扰的一种通用的方法为利用滤波器过滤频率较高的杂讯。图4中波形I显示原始的数字信号(方波)，而波形J则是滤波后的模拟波形，波形K则是由波形J转换成数字波形而成。由于经过滤波器后的数字信号有延迟，数字波形K与原始波形I有上升时间的延迟Td1，以及下降时间的延迟Td2的差别。因此，滤波器在实际应用上不但因延迟使速度变慢，除此之外，这两个延迟的持续时间并不相同，会造成计算速度时的误差。
并且因为位置/角度传感器应用场合的关系无法有效的使用接地或屏蔽等常用的杂讯防制方法，必须精准地分析信号A与信号B方波因杂讯而产生的脉波对计数器的影响，以提高控制系统的可靠度。

发明内容
本发明的目的就在于提出一种抗杂讯干扰处理电路，用来处理因杂讯干扰所产生的脉波。
本发明的另一目的在于提供一种处理电路，适用于位置或角度传感器中，可以有效的防制因杂讯干扰而产生的脉波使得计数器产生累积误差。
为达成上述目的，本发明提供一种抗杂讯干扰处理电路，接收两个数字信号(方波)，第一输入信号与第二输入信号，并根据第一输入信号的状态避免第二输入信号与第一输入信号同时受到杂讯的干扰，其中包括边缘侦测电路、状态保持电路、保持时间产生电路、以及多任务器。边缘侦测电路接收第一输入信号，并于侦测到第一输入信号的正缘或负缘时，产生触发信号至状态保持电路以及保持时间产生电路。状态保持电路在接收到触发信号时，输出并保持第二输入信号的值。保持时间产生电路是用来输出保持时间信号，保持时间信号在接收到触发信号时，会产生一脉波，其宽度可大于杂讯干扰而产生的脉波(glitch)。多任务器则根据保持时间产生电路输出的保持时间信号，产生电路切换第二输入信号或状态保持电路的输出值至输出。
本发明更提供一种抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，包括上述的抗杂讯干扰处理电路，更包括第二边缘侦测电路、第二状态保持电路、第二保持时间产生电路、以及第二多任务器。第二边缘侦测电路用来接收第二输入信号，并于侦测到第二输入信号的正缘或负缘时，产生第二触发信号至第二状态保持电路与第二保持时间产生电路。第二状态保持电路在接收到第二触发信号时，输出并保持第一输入信号的值。第二保持时间产生电路是用来输出第二保持时间信号，第二保持时间信号在接收到第二触发信号时，会产生一脉波，其宽度可大于杂讯干扰而产生的脉波。第二多任务器则是根据第二保持时间信号，产生电路切换第一输入信号或第二状态保持电路的输出值至输出。
本发明更提供一种使用串联(cascade)方式将两个抗杂讯干扰处理电路结合，令第二个处理电路中的边缘侦测电路接收第一个处理电路中多任务器的输出。
本发明的抗杂讯干扰处理电路可实施于位置/角度传感器内，提升应用系统可靠度。本发明的处理电路的第一输入信号与第二输入信号跟位置/角度传感器量测出来的位置/角度有直接的关系，且这两个输入信号之间的领先或落后代表位置/角度传感器的移动方向。本发明的位置/角度传感器可以是一光学尺、编码器、或雷射干涉仪等。
另外，除了将本发明的抗杂讯干扰处理电路实施在位置/角度传感器内，也可以将此处理电路当成位置/角度计数器的前级处理电路。计数器根据本发明的处理电路中的两个多任务器的输出，累加得到待测物的所在位置或角度。
本发明所提供的抗杂讯干扰处理电路，接收位置/角度传感器输出的两个数字信号，并有效防制因杂讯干扰而产生的脉波使得计数器产生累积误差。经由本发明的处理电路处理后的数字信号不会产生延迟，且频宽也不受影响。


图1为位置/角度传感器的应用示意图；图2为图1中计数器在读取信号A与信号B时的状态图；图3显示图1中信号A与信号B变化与计数器输出位置的关系；图4显示数字信号利用滤波器过滤之前与之后的波形；图5A、5B、5C显示因杂讯干扰而产生的脉波对计数器的影响的三种范例；图6为本发明实施例的抗杂讯干扰处理电路的方块图；图7为原本图5B的数字信号在经过本发明实施例的处理电路后得到的输出波形；图8A为本发明实施例的利用并联方式结合的抗杂讯干扰处理电路的方块图；图8B为本发明实施例的利用串联方式结合的抗杂讯干扰处理电路的方块图；图9为原本图5C的数字信号在经过本发明实施例的处理电路后得到的输出波形；图10显示本发明实施例的抗杂讯干扰处理电路的一种电路图。
符号说明A、B～数字信号(传感器输出的方波)G1～G6～信号A、B因杂讯干扰而产生的脉波Td1、Td2～经过滤器后的延迟时间Thld～保持时间信号HLD的持续时间12～位置/角度传感器14～计数器16～显示器18～控制系统60～抗杂讯干扰处理电路61～边缘侦测电路62～状态保持电路63～保持时间产生电路64～多任务器81、85～第二边缘侦测电路82、86～第二状态保持电路83、87～第二保持时间产生电路84、88～第二多任务器101～边缘侦测电路的逻辑电路图102～状态保持电路的逻辑电路图
103～保持时间产生电路的逻辑电路图104～多任务器的逻辑电路图具体实施方式
为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。
图5A至图5C为数字信号A与B受到不同杂讯影响的三个可能例子，其中图5A的信号A与信号B的杂讯干扰所产生的脉波G1与G2相互错开，所读取的位置会往前或往后移动一个位置，最后还是会回到正确的位置，而并不会造成累积误差。例如图中在两个杂讯脉波干扰下，计数器仍然得到正确的位置2的结果。可是如果是如图5B与图5C所示的例子，信号A与信号B的杂讯重迭，便会让计数器数错位置。图5B中信号B的杂讯干扰脉波G4发生在信号A的杂讯干扰脉波G3之前，造成计数器多计算了四个位置，将原本应该是位置2的计成位置6。而相反的，如果是像图5C中信号A的杂讯干扰脉波G5领先信号B的杂讯干扰脉波G6，计数器便会少计算四个位置，将原本应该是位置8的计成位置4。
因此本发明所提出的抗杂讯干扰处理电路，借由消除如图5B与图5C所示会造成累积误差的脉波，避免两个输入信号同时受到杂讯的干扰，导致计数器在累加传感器位置变化时所造成的错误。本发明的抗杂讯干扰处理电路可以结合位置/角度传感器，产生不会同时受杂讯干扰的两个数字信号A、B，或者作为位置/角度计数器的输入信号A、B的前级处理电路，以提升位置或角度传感器的应用系统可靠度。
图6显示根据本发明实施例的抗杂讯干扰处理电路60的电路架构方块图，此处理电路60包括一个边缘侦测电路61、一个状态保持电路62、一个保持时间产生电路63、以及一个多任务器64。数字信号A与信号B为位置/角度传感器的输出方波信号。边缘侦测电路61侦测信号B的正缘或负缘发生的时机，保持时间产生电路63输出的保持时间信号HLD在边缘侦测电路61触发时产生一段大于杂讯脉波宽度的时间延迟Thld。如图7所示，保持时间信号HLD中Thld的持续时间比信号B的杂讯干扰脉波G4的持续时间要长。而状态保持电路62则在边缘侦测电路61触发时记忆当时信号A的值Pre_A，并将此值Pre_A当作输出。多任务器64是用来选择输出信号A_OUT的，在边缘触发时依据保持时间产生电路63的输出HLD，在一段时间Thld之内输出状态保持电路的输出Pre_A，平时则直接输出信号A以避免输出信号的延迟。
图7为原本图5B的数字信号波形在经过图6的本发明实施例的处理电路后的输出波形。当信号B的杂讯干扰波形G4的边缘发生时，图6的边缘侦测电路61会触发状态保持电路62以及保持时间产生电路63。状态保持电路62会输出被触发时的信号A的值，而保持时间产生电路63则在被触发后产生一宽度为Thld的脉波，Thld可设定为大于因杂讯产生的脉波宽度。此脉波Thld同时切换多任务器64的输入选择到状态保持电路62的输出，因此原先信号A的杂讯干扰脉波G3可以被消除。本发明的处理电路可让两个输入信号A、B的杂讯脉波不会同时发生，计数器也因此不会有累积误差，如图7的计数器在杂讯干扰脉波之后仍然回到位置2。
可是如果图5C的情况发生，也就是当输入信号A的杂讯干扰脉波G5领先信号B的杂讯干扰脉波G6时，图6的处理电路是无法消除信号A或信号B其中一个的杂讯干扰脉波的。因此本发明更揭露利用两个如图6所示的处理电路，以串联或并联方式结合。图8A为两个本发明的处理电路的并联组合的实施例，而图8B则为两个处理电路的串联组合的实施例。图8A中上方的处理电路60与图6的处理电路完全相同，而下方的第二处理电路只是将上方电路的两个输入信号A、B互相交换，也就是让第二边缘侦测电路81侦测信号A的正缘或负缘，使其第二多任务器的输出B_OUT依据第二保持时间产生电路83，选择输出信号B的值或维持信号B在第二边缘侦测电路81侦测到正缘或负缘时的值(即第二状态保持电路82的输出)。
图8B显示第二处理电路以串联方式结合原本图6的处理电路60，因此第二边缘侦测电路85接收多任务器64的输出A_OUT，借由侦测A_OUT的正缘或负缘，触发第二状态保持电路86与第二保持时间产生电路87，并利用第二多任务器88选择直接输出信号B的值或由第二状态保持电路86维持的信号B在被触发时的值。利用图8A或图8B的抗杂讯干扰处理电路，可以解决之前图5C的情况。如图9所示，当信号A的杂讯干扰脉波G5比信号B的杂讯干扰脉波G6早发生时，图8A或图8b中原本的处理电路60无法将其中一个杂讯干扰脉波消除，可是借由第二处理电路可以将信号B的杂讯干扰脉波G6消掉，让计数器的位置仍可回到正确的位置8。
图10为图6所示本发明实施例的处理电路的一种电路图。其中方块101之内的电路对应图6的边缘侦测电路61，方块103之内的电路对应图6的保持时间产生电路63，方块102之内的电路对应图6的状态保持电路62，最后方块104之内的电路则对应图6的多任务器64。边缘侦测电路101借由信号CLKT2B触发保持时间产生电路103与状态保持电路102，而保持时间产生电路103产生的信号HLD传至多任务器104，让多任务器104选择输出A_OUT为信号A或状态保值电路102的输出Pre_A。
权利要求
1.一种抗杂讯干扰处理电路，其特征在于所述抗杂讯干扰处理电路接收一第一输入信号与一第二输入信号，根据该第一输入信号的状态避免该第二输入信号与该第一输入信号同时受到杂讯脉波的干扰，该处理电路包括一边缘侦测电路，接收该第一输入信号，并于侦测该第一输入信号的正缘或负缘时，产生一触发信号；一状态保持电路，在接收到该边缘侦测电路产生的该触发信号时，输出并保持该第二输入信号的值；一保持时间产生电路，用来输出一保持时间信号，该保持时间信号在接收到该边缘侦测电路产生的该触发信号时，产生一预设宽度的脉波；以及一多任务器，根据该保持时间产生电路输出的保持时间信号，产生电路切换该第二输入信号或该状态保持电路的输出值至输出。
2.根据权利要求1所述的抗杂讯干扰处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号皆为数字信号。
3.一种抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该处理电路包括一位置/角度传感器，侦测位置/角度的移动方向，并输出一第一输入信号与一第二输入信号；一抗杂讯干扰处理电路，接收该第一输入信号与该第二输入信号，根据该第一输入信号的状态避免该第二输入信号与该第一输入信号同时受到杂讯脉波的干扰；以及一计数器，耦接于该抗杂讯干扰处理电路，计算位置/角度的移动量。
4.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该抗杂讯干扰处理电路包括一第一边缘侦测电路，接收该第一输入信号，并于侦测到该第一输入信号的正缘或负缘时，产生一第一触发信号；一第一状态保持电路，在接收到该第一边缘侦测电路产生的该第一触发信号时，输出并保持该第二输入信号的值；一第一保持时间产生电路，用来输出一第一保持时间信号，该第一保持时间信号在接收到该第一边缘侦测电路产生的该第一触发信号时，产生一预设宽度的脉波；以及一第一多任务器，根据该第一保持时间产生电路输出的该第一保持时间信号，产生电路切换该第二输入信号或该第一状态保持电路的输出值至输出。
5.根据权利要求4所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该抗杂讯干扰处理电路更包括一第二边缘侦测电路，接收该第二输入信号，并于侦测到该第二输入信号的正缘或负缘时，产生一第二触发信号；一第二状态保持电路，在接收到该第二边缘侦测电路产生的该第二触发信号时，输出并保持该第一输入信号的值；一第二保持时间产生电路，用来输出一第二保持时间信号，该第二保持时间信号在接收到该第二边缘侦测电路产生的该第二触发信号时，产生一预设宽度的脉波；以及一第二多任务器，根据该第二保持时间产生电路输出的该第二保持时间信号，产生电路切换该第一输入信号或该第二状态保持电路的输出值至输出。
6.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号为二个相位差为90°、表示位置/角度的数字信号。
7.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该抗杂讯干扰处理电路实施于该位置/角度传感器内，以提升应用系统可靠度。
8.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号跟该位置/角度传感器量测出来的位置/角度有直接的关系。
9.根据权利要求8所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号的领先或落后代表该位置/角度传感器的移动方向。
10.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度传感器为一光学尺。
11.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度传感器为一编码器。
12.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度传感器为一雷射干涉仪。
13.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该抗杂讯干扰处理电路在实施时，为该计数器的前级处理电路。
14.根据权利要求5所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该计数器根据该第一多任务器与该第二多任务器的输出，累加得到目前的位置/角度。
15.根据权利要求3所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该抗杂讯干扰处理电路包括一第一边缘侦测电路，接收该第一输入信号，并于侦测到该第一输入信号的正缘或负缘时，产生一第一触发信号；一第一状态保持电路，在接收到该第一边缘侦测电路产生的该第一触发信号时，输出并保持该第二输入信号的值；一第一保持时间产生电路，用来输出一第一保持时间信号，该第一保持时间信号在接收到该第一边缘侦测电路产生的该第一触发信号时，产生一预设宽度的脉波；一第一多任务器，根据该第一保持时间产生电路输出的该第一保持时间信号，产生电路切换该第二输入信号或该第一状态保持电路的输出值至输出；一第二边缘侦测电路，接收该第一多任务器的输出，并于侦测到该第一多任务器的输出的正缘或负缘时，产生一第二触发信号；一第二状态保持电路，在接收到该第二边缘侦测电路产生的该第二触发信号时，输出并保持该第一输入信号的值；一第二保持时间产生电路，用来输出一第二保持时间信号，该第二保持时间信号在接收到该第二边缘侦测电路产生的该第二触发信号时，产生一预设宽度的脉波；以及一第二多任务器，根据该第二保持时间产生电路输出的该第二保持时间信号，产生电路切换该第一输入信号或该第二状态保持电路的输出值至输出。
16.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号为二个相位差为90°表示位置/角度的方波。
17.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该抗杂讯干扰处理电路实施于该位置/角度传感器内，以提升应用系统可靠度。
18.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号跟该位置/角度传感器量测出来的位置/角度有直接的关系。
19.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该第一输入信号与该第二输入信号的领先或落后代表该位置/角度传感器的移动方向。
20.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度传感器为一光学尺。
21.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度传感器为一编码器。
22.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度传感器为一雷射干涉仪。
23.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其中该抗杂讯干扰处理电路在实施时，为该计数器的前级处理电路。
24.根据权利要求15所述的抗杂讯干扰的位置/角度信号处理电路，其特征在于该位置/角度计数器根据该第一多任务器与该第二多任务器的输出，累加得到目前的位置/角度。
全文摘要
本发明是一种抗杂讯干扰的位置或角度信号处理电路。所述抗杂讯干扰处理电路包括一个边缘侦测电路、一个状态保持电路、一个保持时间产生电路、及一个多任务器。本发明更提供一种抗杂讯干扰的位置/角度的处理电路，以串联或并联结合两个本发明的抗杂讯干扰处理电路。本发明的处理电路的输入信号为两个与位置或角度相关且相位差为90°的方波信号A与B。当信号A边缘发生时，将信号B保持原来的值一段时间，否则直接输出信号B，同样地当信号B边缘发生时，将信号A保持原来的值一段时间，否则直接输出信号A，使得位置或角度传感器在受杂讯干扰时，计数器不会因为两个信号同时被杂讯干扰而产生累积误差。
文档编号G01D3/032GK1664507SQ20041000793
公开日2005年9月7日 申请日期2004年3月5日 优先权日2004年3月5日
发明者杨景荣 申请人:财团法人工业技术研究院