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JPS6367520A - デイジタルパルスのパルス幅確保およびノイズ抑制のための回路 - Google Patents

デイジタルパルスのパルス幅確保およびノイズ抑制のための回路

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JPS6367520A
JPS6367520A JP61211718A JP21171886A JPS6367520A JP S6367520 A JPS6367520 A JP S6367520A JP 61211718 A JP61211718 A JP 61211718A JP 21171886 A JP21171886 A JP 21171886A JP S6367520 A JPS6367520 A JP S6367520A
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digital
pulse
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小針 克夫
Yoshitaka Takekoshi
竹腰 吉孝
Mitsuyuki Taniguchi
満幸 谷口
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Fanuc Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディジタルパルスのパルス幅確保およびノイ
ズ抑制のための回路に関する。
特に、本発明はパルスエンコーダ回路において有用であ
る。
〔従来の技術〕
パルスエンコーダは主に数値制御(NC)等の移動物の
精密位置検出に用いられている。パルスエンコーダは一
般に、インクリメンタル形式のものとアブソリュート形
式のものがあるが、機構の簡単なインクリメンタル形式
の機構部を有し、実質的にアブソリュート形式のパルス
エンコーダとして機能し得るパルスエンコーダが提案さ
れている(例えば、特開昭60−218027号、特開
昭218029号参照)。
このようなパルスエンコーダは例えば第6図に示すよう
に計測対象物の移動に対応して回転する回転軸に固定さ
れ、回転軸と共に回転する回転符号板111、該回転符
号板をはさんで対向的に設けられた発光素子112a 
、 112bおよび受光素子113a 。
113bを有している。回転符号板111には円周に沿
って透光部および遮光部が設けられており、回転符号板
111の回転に伴って発光素子112a 、 112b
からの射出光のうち回転符号板111の透光部を通過し
た光は、受光素子113a 、 113bにおいて、9
0゜位相のずれたA相およびB相信号となり受光素子出
力増幅器114a 、 114bを通して90″位相の
ずれた正弦波DAおよびり、(第7図)として出力され
る。ここでDA 、D、各々の位相は、回転符号板が正
回転の場合はA相信号がB相信号より90゜進んでおり
(第7図(1))、逆回転の場合は、入相信号がB相信
号より90″遅れている(第7図(2))。該正弦波D
A 、D、は、矩形パルス発生回路120に入力され、
第7図に示すような矩形パルスPA、PMが得られる。
NCにおけるカウンタは、上記のpa、pHの位相差の
正負によって、回転符号板111の回転方向、すなわち
該計測対象物の移動方向を検出し、該PA、pH各々の
立上り、立下り毎に、回転符号板が正回転の場合には計
数値を増加させ、逆回転の場合には計数値を減少させる
該NCのカウンタによる計数の仕方は第12図に示され
ている。A、B2相のうちの一方の状態と他方の状態の
変化(立上り、立下り)の組合わせによって計数(±1
)が行われる。
このパルスエンコーダの出力から高分解能の位置計測情
報を得るために、前記正弦波Da  、 D++から、
任意の一定位相進ませた(あるいは、遅らせた)正弦波
を得、これを前記の矩形パルス発生回路を通すことによ
り、任意位相進ませた(あるいは遅らせた)矩形波を得
るという方法が用いられる。
この方法に用いられる装置の構成を第8図に示す。
この装置は、前記第6図の113a 、 b同様の受光
素子113、同じく受光素子出力増幅器114 、前記
任意位相進ませた(あるいは遅らせた)矩形波を得るた
めのコンパレータ121、そして、NCのカウンタがカ
ウントできるように、ディジタル信号を通常のパルスエ
ンコーダ出力のように90°位相のずれたA相およびB
相の2相の信号に変換するA/B相信号生成回路6から
なる。
本発明者らは、この装置を用いて、前記DA  ID、
の半周期(前述のPa、Plのパルス幅)のルスを得て
、前述の第7図の矩形波P、、PIlの5倍の分解能を
得ることを可能にした。第12図(1)にこれらの10
個の矩形パルスを示す。ここで、Da、Dtから任意の
一定位相進ませた(あるいは遅らせた)正弦波を得るこ
とは、例えば、第9図に示すような構成によって実現さ
れる。
すなわち、互いに一端で接 続された抵抗R,およびR
7の他端に各々sinθ、5in(θ十−)=cosθ
を入力すれば、前記R1とR2との接続点のレベルは、 となる。つまり抵抗R3とR2を適当に選べば任意の位
相差を有する正弦波出力が得られる。
次に前記10個の矩形パルスoo 、 D、・・・、D
、(第11図(1))は、NC側において、この高分解
能で位置計測値が読み取れるように、互いに90゜位相
のずれたA相、B相2つの矩形パルスの形に変換される
。これは、第10図で示されるような、Exclusi
ve OR回路からなる構成に、第11図の5つの入力
端子の上から順に06 + Dt * Di r DA
 10s +を入力したものをA相出力FA 、、 D
i 、 D3 、 Ds 、 Dt 。
D、を入力したものをB相出力F、とすることにより得
られる(第11図(2))、これらFA 、F。
と前記D0〜D、の時間関係は第11図(1)および(
2)に示されるとおりである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところが、一般に前記受光素子出力増幅器114の出力
正弦波Da、Daの振幅は、正確には等しくなく、また
、受光素子や増幅器に帰因するオフセット電圧を含んで
いる。またDA、DIの位相差もまた、個々のスリット
の製作誤差や、発光素子112a 、 112b、受光
素子113a 、 113bの位置関係、または受光素
子の遅延時間等の影響により、正確な90°ではなく、
多少の誤差を有する。
上記正弦波振幅及び2つの正弦波の位相差における誤差
は、前述のように、これらの正弦波の振幅によって、2
つの正弦波の位相差をN分割する場合には、直接大きな
影響を与え、前記00〜D、の立ち上り時間の間隔の変
動、そして、前記矩形パルスFa、Fmの立上り、立下
り時間及びその間隔の変動を生ずる結果となる。
ところで、前記矩形パルスFA 、F、を入力して、カ
ウントするNCにおいては、該矩形パルスFa、Faの
立上り、立下りの時間間隔が、主にNC側の読取りクロ
ックの周期(約300nsec)によって規定されるあ
る限界(計数可能な最小時間間隔)τ。を下回ると、カ
ウントができなくなる。
特に高速で回転する場合、前記の矩形波FA 。
F、の立上り、立下り時間間隔の変動によって、短くな
ったパルス間隔が上記の限界τ。を下回ることも起こり
得る。
また他の問題点として、上記のディジタル信号に対する
ノイズの問題がある。
前述のように、従来は、第10図の構成の論理回路に、
それぞれ、Do t Dt *・・・、OSあるいは、
DI+D’l+・・・、D、を直接入力することにより
、パルスエンコーダの出力矩形パルスFa、Fmを、得
ていた。このため、例えばno + oz l・・・D
、の入力のうち唯1つにでもノイズが入ると、直ちに出
力パルスFAまたはF、に影響する。例えば、第13図
(1)に示すように、Doが立上って次にD2が立上る
までの間に、本来はOレベルであるべきDeにノイズが
入ると、同第13図(2)に示すようにF、の波形に異
常が生ずる。もし、このようにFAがノイズによって誤
ってOレベルにあるときにR8の立上りが重なると、■
まず、F、が0レベルでFAが1−0となったことによ
り、NCは、逆方向へ進んだものと解釈して、「−1」
をカウントする(第12図(8)参照)。■次にFAが
OレベルでF8が0−1となることにより、NCは再び
逆方向へ進んだものと解釈して、「−1」をカウントす
る(第12図(5)参照)。■次にFlがルベルでFA
が0→1となると再び「−1」をカウントする(第12
図(6)参照)。
すなわちこのノイズがなければ、本来FAがルベルでF
、がO→1つまり(第12図(2)):、「+1」とカ
ウントされるべき所が上記のように「−3」とカウント
されてしまう。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の基本形態においては、前記00〜D、のうち次
に変化する(立上るか立下る)可能性のある2つのみを
イネーブルにする第1の手段と、該00〜D、の各々を
、前記FA 、Flを受けて計数するカウンタにおける
読取り可能な最小時間間隔より長い周期を有するクロッ
クパルスで同期させる第2の手段が提供される。
〔作 用〕
本発明においては、パルスエンコーダ出力信号を受けて
計数するカウンタにおける入力信号(該パルスエンコー
ダ出力信号)の計数可能な最小時間間隔以上の周期を有
するクロックパルスによって予めパルスエンコーダ出力
信号の時間間隔を上記計数可能な最小時間間隔以上にし
、かつ、Do〜D、のうち最小限必要な信号のみをイネ
ーブルにし、他をディスエーブルとするので、ノイズ混
入の機会が極めて少くなる。
〔実施例〕
第5図は、前記第8図の構成における前述のような問題
点を解決するために、本発明によるディジタルパルスの
パルス幅確保およびノイズ抑制のための回路を、パルス
エンコーダ回路に適用したものの構成を示す。
また、第1図は、本発明の第1の形態における該ディジ
タルパルスのパルス幅確保およびノイズ抑制のための回
路の内部構成を示す。
第1図における構成は、入力信号D0〜D9各々に対応
するクロック同期部(O・・・i・・・j・・・9)1
゜可能性のある2つの信号を認識しく第1L図(1)に
示されるようにこれは一義的に決定される。)、これら
2つの信号のみをイネーブルにする信号を出力するイネ
ーブル信号出力部2、そして、パルスエンコーダの出力
パルスを計数するカウンタにおける読取り可能な最小時
間間隔より長い周期(本実施例では400ns)を有す
るクロックパルスを発生して、該クロック同期部(0,
・・・i・・・j・・・9)1.1 ′へ入力するクロ
ック発生器7から成る。
該クロック周期部1.1′の各々は、基本的にDフリッ
プフロップCD−FF)と同様の機能を有し、第2図に
示すように、例えばD2がO−1と立上ってこの状態に
ある間に最初のクロックが立上ったときに、その出力D
2′は0→1となる。
逆にD2人力が1−0となったときも同様に最初のクロ
ックの立上りによって出力D2′は1→0となる。但し
上記においてD−FFへの入力は、そのクロック周期部
が前記イネーブル信号を受けたときのみイネーブルとな
る。つまり、イネーブル信号が入力されないクロック同
期部においては、D−FFへの入力は、ディスエーブル
となって、D−FF出力は、それまであった状態に保持
される。
次に第2図に従って第1図の構成の回路の働きを説明す
る。
まず始めに、第2図の「始点」の位置にあるものとする
ここで同図には示されていないが、このときD+’=1
であるものとする。このとき、D0′=D+’ =1 
、D、z’ =・・・=09 ’ = Oを入力してイ
ネーブル信号出力部2は、次に変化する可能性のある信
号は恥とD2のみであることを認識しくそのような論理
回路が組み込まれている。)、D、。
D2を入力するクロック同期部へイネーブル信号を出力
する。
今、系が正の方向へ進むとすると、前記り、。
D2のうち次にD2がOH2となる(第2図(2))。
前述のように該クロック同期部は、ここでD−FFとし
ての働きをするので次のクロックの立上り時に出力D2
’をOH2とする(第2図(4))。
このときり、を始め他の信号は、イネーブルとなってい
ないので、これらのラインにノイズが入ったとしても全
く影響を受けない。このまま系が正方向に進んだとして
、上記Dz′=1となったことにより今度は該イネーブ
ル信号出力部は、D!とり、に対してのみイネーブル信
号を出力するが、D3の立上りがいくら早くとも次のク
ロックの立上りまでり、′0→1となることはできない
。従ってD2′とD3′の間隔は、常に該クロックパル
スの周期(400ns)以上に保たれる。従ってこれら
のD0/〜D9′が第10図の回路(第5図のA/B相
信号生成回路6)に入力されることによって作られるF
A 、Fsの立上り立下り間隔も常に上記の周期(40
0ns)以上に保たれ、これを受けて計数するカウンタ
における前記読取り可能最小時間τ0以下になることは
ない。
ところが、上記本発明の第1の形態におけるディジタル
パルスのパルス幅確保およびノイズ抑制のための回路に
おいて、次の特別な場合に、以下に示す特別な位置に出
現するかも知れないノイズに対しては、これを抑止でき
ない。これについて以下第14図に従って説明する。
第14図の「始点」の位置においては、前述のようにD
2とり、のみがイネーブルとなっている。
ここで系が負の方向に進むとまずD2が1→0となる(
第14図(2))。そして次のクロックの立上りでり、
Iが1→0となる(第14図(4))。ところが、もし
ここで、D、と共にイネーブルとなっていたり、に上記
のクロックの立上りの時期に同時にノイズが入ったとす
る(第14図(3))と、p、/も0→1となる(第1
4図(5))。すなわち信号にノイズの影響による異常
が現れる。
この異常を解消するために、本発明の第2の形態におい
ては、前記の00〜D、を入力して、各々を前記カウン
タにおける読取り可能な最小時間間隔より長い周期を有
するクロックパルスによって同期させる第1の手段(第
1のクロック同期部)と、該第1の手段の出力の各々を
更に前記の長い周期を有するクロックパルスによって同
期させる第2の手段(第2のクロック同期部)と2、該
第2手段の入力信号のうち被計測量の次の変化で最初に
変化し得る2つの信1号のみをイネーブルにする第3の
手段と、該第1の手段の出力の各々の中で同時に変化し
た(立上ったか立下ったかの)2つの信号があることを
検出して、該2つの変化した信号の一方が元に戻るまで
、該2つの信号の変化直前の前記第2の手段の出力を保
持する第4の手段が提供される。
以下、本発明の第2の形態におけるディジタルパルスの
パルス幅確保およびノイズ抑制のための回路について、
第3図に示されるその構成の一例に沿って説明する。
第3図の構成は、入力信号00〜D、各々に対応する第
1のクロック同期部(0・・・i・・・j・・・9)1
゜1′、該クロック同期部1,1′の出力00′〜D、
lに対応する第2のクロック同期部(0・・・i・・・
j・・・9)3.3’、該第2のクロック同期部3゜3
′の出力Q0〜Q、の値から、該第2のクロック同期部
の入力信号00′〜D、/のうちで次に変化する(立上
るか立下る)可能性のある2つの信号を認識して、該2
つの信号に対してのみイネーブル信号を出力するイネー
ブル信号出力部2、該第1のクロック同期部l、1′の
出力0゜′〜D、′と、該第2のクロック同期部j、3
′の出力00〜Q、の対応する各々を比較することによ
り、該Q 、 ’〜D、′各々の立上りまたは立下りを
検出する立上り・立下り検゛出部5.5’、該立上り・
立下り検出部5゜5′の出力を受けて、00′〜D、l
のうちで同時に2つの信号が変化した(立上ったか立下
った)ことを検出して、このとき該2つの信号の変化直
前の該第2のクロック同期部の出力を、該2つの変化し
た信号の一方が元に戻るまで保持させる信号を出力する
出力保持信号出力部4、およびパルスコーダ出力を計数
するカウンタにおける読取り可能な最小時間間隔より長
い周期を有するクロックパルスを発生するクロックパル
ス発生器7から成る。
上記イネーブル信号出力部2は、例えば口。−〇 I=
Qz= 1 、Qs=・・・Q、=0であったなら前記
第2のクロック同期部(0,・・・i・・・j・・・9
)3.3’の入力信号001〜D、lのうちで次に変化
し得るのは、Dt/の立下り、または、D31の立上り
であることを認識して、該oz ’ D3 ’のみをイ
ネーブルにする信号を出力する。
前記立上り・立下り検出部5,5′は、例えば、Exc
lusive OR回路であって、もし、第1のクロッ
ク同期部出力の1つDi′が変化した(立上ったか立下
った)とすると、該D i′は対応する第2のクロック
同期部iへ入力されるが、ここにおいて次のクロックの
立上りまで出力Qiは変化しない。従ってこの間Q、≠
D、′となり、このQ。
とD五′が前記Exclusive OR回路に入力さ
れれば、この出力は1となる。
該立上り・立下り検出部θ〜9の出力は全て前記出力保
持信号出力部4へ人力される。
ここで該出力保持信号出力部4は、上記のような立上り
・立下り検出部0〜9のうち、立上り・立下りを示すも
のが2つあったときは、該2つの変化した信号の一方が
元に戻るまで、これら2つの信号の変化直前の第2のク
ロック同期部3.3′の出力を保持させる出力保持信号
を出力する。
前記第2のクロック同期部(O・・・i・・・j・・・
9)3.3′は、それぞれ前記Di’(i=0.・・・
9)を入力して、前記クロックパルスにより同期させ、
出力Qi(i=o、・・・9)を出力するが、前記イネ
ーブル信号によって、該DO’D9’の入力%ち次に変
化し得る2つのみがイネーブルにされ、また、前記出力
保持信号を人力している間は、該出力保持信号開始時点
でのQ、の状態を保持する。
これによって、該第2のクロック同期部に前記のような
異常な信号(同時に変化する2つの信号)が入力されて
も、出力00〜Q、には異常は生じない。
前記の異常信号は、前述のように第14図(3)に示し
たノイズが原因であるが、該ノイズは、次のクロックの
立上り時には元に戻る(第14図(3))ので、対応す
るり、′も元に戻る(第14図(5))。すると対応す
る前記立上り・立下り検出回路3の出力も、D、’=Q
、に戻るので、前記Exclusive OR回路出力
もOに戻る。これにより前記出力保持信号も解除され、
正常な動作に復帰する。
このように本発明の第2の形態においては、考えられる
ノイズは全て抑制されるものと考えられる。
なお、第3図の構成の働きについては、第4図に示され
ている。
また、本発明者らは、上述の本発明の回路をゲートアレ
イにおいて、上述のものと等価な論理回路によって実現
している。
〔発明の効果〕 。
本発明の第1の形態におけるディジタルパルスのパルス
幅確保およびノイズ抑制のための回路は、パルスエンコ
ーダの出力パルスにおいてカウンタにおける読取り可能
な最小時間以上の間隔を確保し、またノイズを大幅に抑
制できるものである。
また、本発明の第2の形態におけるディジタルパルスの
パルス幅確保およびノイズ抑制のための回路は、上記第
1の形態におけるノイズ抑制効果を更に改善したもので
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の形態におけるディジタルパル
スのパルス幅確保およびノイズ抑制のための回路の構成
を示す図、 第2図は、第1図の回路の働きを示す図、第3図は、本
発明の第2の形態におけるディジタルパルスのパルス幅
確保およびノイズ抑制のための回路の構成を示す図、 第4図は、第3図の回路の働きを示す図、第5図は、本
発明によるディジタルパルスのパルス幅確保およびノイ
ズ抑制のための回路を用いたパルスエンコーダ回路の構
成を示す図、第6図は、従来の最も基本的なパルスエン
コーダの構成を示す図、 第7図は、第6図のパルスエンコーダの出力波形を示す
図、 の構成を示す図、 第9図は、第5図および第8図のコンパレータにおいて
任意の位相差を有する正弦波を生成する原理を示す図、 第10図は、第5図および第8図のA/B相信号生成回
路の構成を示す図、 第11図(1)は、第5図および第8図のコンパレータ
の出力波形を示す図、 第11図(2)は、第8図において第11図(1)の0
0〜D、を入力したA/B相信号生成回路の出力波形を
示す図、 第12図は、カウンタにおける、パルスエンコーダ出力
の計数を仕方を示す図、 第13図は、第8図の構成のパルスエンコーダ回路にお
いてノイズが、出力波形に及ぼす影響を示す図、 第14図は、本発明の第1の形態のディジタルパルスの
パルス幅確保およびノイズ抑制のための回路における唯
−起こり得る、ノイズによる異常ケースを示す図である
。 〔符号の説明〕 1.1′・・・(第1の)クロック同期部、2・・・イ
ネーブルイ言号出力部、 3.3′・・・第2のクロック同期部、4・・・出力保
持信号出力部、 5.5′・・・立上り・立下り検出部、6・・・A/B
相信号生成回路、 7・・・クロック発生器、 111・・・回転符号板、 112 、112a 、 112b・・・発光素子、1
13 、113a 、 113b・−・受光素子、11
4 、114a 、 114b−−−受光素子出力増幅
器、120・・・矩形パルス発生回路、 121・・・コンパレータ。 第1図 始点 第1図の回路の働きt示す図 第2図 従来の最も基本的な・Pルスエンコーダの構成を示す口
糸6図 第6図の・ンルスニンコーグの出力波形を示す図第7図 第5図および第8図のん1相信号生成回路の構成を示す
図 第10図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、Nを4以上の偶数として、 被計測量の一定量の変化毎に状態を反転し、立上りの位
    置が該一定量の1/Nずつ異る該被計測量の値に対応す
    るN個のディジタル信号を並列に入力して、 該N個のディジタル信号のうち最初に立上る信号の立上
    りに対応して立上り、後に続く信号のうち奇数番目の信
    号の変化が新たに起る毎に状態を反転させる第1のディ
    ジタル信号と、 該N個のディジタル信号のうち2番目に立上る信号の立
    上りに対応して立上り、後に続く信号のうち偶数番目の
    信号の変化が新たに起る毎に状態を反転させる第2のデ
    ィジタル信号とを生成し、並列にカウンタへ入力する論
    理回路において、該N個のディジタル信号のうち前記被
    計測量の次の変化で最初に変化し得る2つの信号のみを
    イネーブル(enable)にする第1の手段、および
    前記N個のディジタル信号を入力して、各々を前記カウ
    ンタにおける読取り可能な最小時間間隔より長い周期を
    有するクロックパルスによって同期させる第2の手段と
    からなることを特徴とするディジタルパルスのパルス幅
    確保およびノイズ抑制のための回路。 2、Nを4以上の偶数として、 被計測量の一定量の変化毎に状態を反転し、立上りの位
    置が該一定量の1/Nずつ異る該被計測量の値に対応す
    るN個のディジタル信号を並列に入力して、 該N個のディジタル信号のうち最初に立上る信号の立上
    りに対応して立上り、後に続く信号のうち奇数番目の信
    号の変化が新たに起る毎に状態を反転させる第1のディ
    ジタル信号と、 該N個のディジタル信号のうち2番目に立上る信号の立
    上りに対応して立上り、後に続く信号のうち偶数番目の
    信号の変化が新たに起る毎に状態を反転させる第2のデ
    ィジタル信号を生成し、並列にカウンタへ入力する論理
    回路において、前記N個のディジタル信号を入力して、
    各々を前記カウンタにおける読取り可能な最小時間間隔
    より長い周期を有するクロックパルスによって同期させ
    る第1の手段と、該第1の手段の出力の各々を、更に前
    記の長い周期を有するクロックパルスによって同期させ
    る第2の手段と、N個の該第2の手段の入力信号の各々
    の中で、前記被計測量の次の変化で最初に変化し得る2
    つの信号のみをイネーブル(enable)にする第3
    の手段と、前記第1の手段の出力信号の各々の中で同時
    に変化した(立上ったか立下ったかの)2つの信号があ
    ることを検出して、該2つの変化した信号の一方が元に
    戻るまで該2つの信号の変化直前の前記第2の手段の出
    力を保持する第4の手段とからなることを特徴とするデ
    ィジタルパルスのパルス幅確保およびノイズ抑制のため
    の回路。
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