專利名稱：：電子細(xì)分割裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是有關(guān)于一種量測技術(shù)，且特別是有關(guān)于一種電子細(xì)分割裝置及其方法。
背景技術(shù)：
：近年來由于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與電子產(chǎn)業(yè)的興起，精密定位量測產(chǎn)品大量應(yīng)用于半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)與電子產(chǎn)業(yè)的制程與測試設(shè)備中，隨著制程技術(shù)的日益精進(jìn)，更小的線寬與更精密的制程技術(shù)不斷的被開發(fā)出來，甚至縮小尺寸到奈米等級，致使精密定位量測技術(shù)也必須推陳出新。電子細(xì)分割(electronicinterpolation)技術(shù)不斷的被開發(fā)出來，它藉由分割傳感器量得的周期弦波信號而達(dá)到增進(jìn)傳感器的量測精度與分辨率的目的。市售分辨率不低于1/1024的電子細(xì)分割裝置，輸入頻寬都無法滿足高速奈米定位的需求。不論光學(xué)尺、磁性尺或者干涉儀，都必須利用電子細(xì)分割裝置，才能達(dá)到更高的位移分辨率。但是在追求高位移解析的同時(shí)，目前市售商品卻達(dá)不到高速位移的要求，使得奈米定位控制只能停留在慢速位移的領(lǐng)域。已知提出數(shù)種電子細(xì)分割的架構(gòu)，例如美國專利案號US4225931以及US4462083所揭露一種電子細(xì)分割架構(gòu)。此外，美國專利案號US5625310提出的架構(gòu)是利用電阻鏈方式獲得業(yè)界俗稱的八倍頻方波，將周期弦波信號分成八個(gè)象限，并搭配SIN/COS與查表(Look—uptable)，獲得電子相位值O。再者，美國專利案號US6772078提出的電子細(xì)分割架構(gòu)系以模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器讀取值搭配SIN/COS與查表，獲得電子相位以及象限，修正整數(shù)計(jì)數(shù)值，解決電子分割與計(jì)數(shù)器的周期數(shù)目之間的同步問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種固件架構(gòu)以及決策方法，依此固件架構(gòu)以及決策方法所發(fā)展的電子細(xì)分割裝置能夠滿足位移解析不低于1/1024,而且輸入頻寬高達(dá)10MHz的需求。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種電子細(xì)分割裝置，用以從第一與第二周期信號，計(jì)算一相位位移e，作為空間位移距離累計(jì)的基礎(chǔ)。電子細(xì)分割裝置包括小數(shù)計(jì)數(shù)單元、整數(shù)計(jì)數(shù)單元以及邏輯決策單元。小數(shù)計(jì)數(shù)單元具有一有效取樣頻寬，用以接收并依據(jù)第一與第二周期信號電壓位準(zhǔn)，產(chǎn)生相位值o與預(yù)定周期下的周期數(shù)n。整數(shù)計(jì)數(shù)單元用以接收并依據(jù)第一與第二周期信號，產(chǎn)生前述預(yù)定周期下的周期數(shù)m。邏輯決策單元耦接到小數(shù)計(jì)數(shù)單元與整數(shù)計(jì)數(shù)單元，用以輸出前述相位位移e。當(dāng)小數(shù)計(jì)數(shù)單元與整數(shù)計(jì)數(shù)單元間無進(jìn)位誤差時(shí)，采用相位值①與周期數(shù)m,以計(jì)算相位位移e。當(dāng)小數(shù)計(jì)數(shù)單元與整數(shù)計(jì)數(shù)單元間存在進(jìn)位誤差時(shí)，且第一與第二周期信號的頻率不大于小數(shù)計(jì)數(shù)單元的有效取樣頻寬的2K(K為整數(shù))分之一時(shí)，采用相位值①與周期數(shù)n，以計(jì)算相位位移e。當(dāng)小數(shù)計(jì)數(shù)單元與整數(shù)計(jì)數(shù)單元間存在進(jìn)位誤差時(shí)，且第一與第二周期信號的頻率大于小數(shù)計(jì)數(shù)單元的有效取樣頻寬的2K(K為整數(shù))分之一時(shí)，采用相位值O)與周期數(shù)M，以計(jì)算相位位移e。依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，小數(shù)計(jì)數(shù)單元可還包括第一與第二取樣電路，分別對第一與第二周期信號進(jìn)行取樣；第一與第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，分別耦接到并接收第一與第二取樣電路的輸出，對取樣的第一與第二周期信號，進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換；以及小數(shù)計(jì)數(shù)模塊，耦接到第一與第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以依據(jù)第一與第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出，產(chǎn)生相位值①與周期數(shù)n。依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式，整數(shù)計(jì)數(shù)單元可還包括第一與第二比較電路，分別接收第一與第二周期信號，并依據(jù)參考準(zhǔn)位，輸出第一與第二周期方波信號；以及整數(shù)計(jì)數(shù)模塊，耦接到第一與第二比較電路，用以依據(jù)第一與第二比較電路的輸出，產(chǎn)生周期數(shù)m。本發(fā)明更提供一種電子細(xì)分割方法，用以測量第一與第二周期信號的相位位移6。電子細(xì)分割方法包括接收第一與第二周期信號；計(jì)算第一與第二周期信號的小數(shù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生相位值o以及在預(yù)定周期下的周期數(shù)n;計(jì)算第一與第二周期信號的整數(shù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生在預(yù)定周期下的一周期數(shù)m,并且計(jì)算相鄰兩次周期數(shù)的一絕對差值；以及比較周期數(shù)n與周期數(shù)m。當(dāng)周期數(shù)n等于周期數(shù)m時(shí)，依據(jù)相位值①與周期數(shù)m,以產(chǎn)生相位位移e。當(dāng)周期數(shù)n不等于周期數(shù)m時(shí)且絕對差值大于一預(yù)定差值時(shí)，依據(jù)相位值o與周期數(shù)m，以產(chǎn)生相位位移e。當(dāng)周期數(shù)n不等于周期數(shù)m時(shí)且絕對差值小于等于預(yù)定差值時(shí)，依據(jù)相位值o與周期數(shù)n，以產(chǎn)生相位位移e。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。圖1繪示本發(fā)明電子細(xì)分割裝置的電路架構(gòu)示意圖。圖2A繪示正弦函數(shù)以及其數(shù)字化規(guī)則，圖2B繪示余弦函數(shù)以及其數(shù)字化規(guī)則，圖2C繪示數(shù)字讀值的例子。圖3A與圖3B分別繪示小數(shù)計(jì)數(shù)單元與整數(shù)計(jì)數(shù)單元作為計(jì)數(shù)用的象限區(qū)分圖。圖4繪示象限區(qū)分與累進(jìn)原則的說明圖。圖5A繪示同步時(shí)的時(shí)序圖。圖5B繪示不同步時(shí)的時(shí)序圖。圖6繪示本發(fā)明的電子細(xì)分割方法的流程示意圖。主要組件符號說明10:A/D轉(zhuǎn)換器12:相位比較器13:高速信號處理部15:編碼器14:數(shù)字信號處理器100:電子細(xì)分割裝置110:小數(shù)計(jì)數(shù)單元120:整數(shù)計(jì)數(shù)單元130:邏輯決策單元112a、112b:取樣電路114a、114b:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)116:小數(shù)計(jì)算模塊122a、122b:比較電路124:整數(shù)計(jì)數(shù)模塊具體實(shí)施例方式圖1繪示本發(fā)明電子細(xì)分割裝置的架構(gòu)示意圖。如圖1所示，電子細(xì)分割裝置100包括小數(shù)計(jì)數(shù)單元110、整數(shù)計(jì)數(shù)單元120以及邏輯決策單元130。小數(shù)計(jì)數(shù)單元110可以還包括取樣電路112a、取樣電路112b、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器114a、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器114b以及小數(shù)計(jì)算模塊116。整數(shù)計(jì)數(shù)單元120可以還包括比較電路122a、比較電路122b以及整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124。小數(shù)計(jì)數(shù)單元IIO與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120分別可以從傳感器102a、102b接收周期弦波信號A、B。在此周期弦波信號A、B將以正弦(sin)與余弦(cos)波形信號為例，但是在實(shí)際操作時(shí)并不以此為限，舉例而言，周期弦波信號A、B也可以為鋸齒波。此外，周期弦波信號A、B的相位差較佳地可為90度。小數(shù)計(jì)數(shù)單元110與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120會分別對接收到的相位信號A、B進(jìn)行計(jì)數(shù)，并分別得到周期數(shù)N、M。周期數(shù)N、M隨后傳送給邏輯決策單元130，以決定并輸出周期數(shù)N、M的其中之一。下面將詳細(xì)描述各模塊的運(yùn)作方式。小數(shù)計(jì)數(shù)單元IIO接收來自傳感器102a、102b的周期弦波信號A、B后，便使信號A,B分別經(jīng)過取樣電路112a、112b進(jìn)行取樣。此時(shí)所取樣得到的是周期弦波信號A、B的電壓值Va(n)與Vb(n),之后分別經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器114a、114b,產(chǎn)生數(shù)字信號A1、Bl。數(shù)字信號A1、Bl經(jīng)過小數(shù)計(jì)算模塊116進(jìn)行計(jì)數(shù)后，便產(chǎn)生周期數(shù)N，之后再傳送到邏輯決策單元130。在小數(shù)計(jì)算模塊116中計(jì)算弦波的數(shù)量與相位。例如，正弦函數(shù)有sin(cp)=sin(2n兀+(p)的特性，所以計(jì)數(shù)通過2兀的次數(shù)，便可以得知測量時(shí)的相對位移量。除了計(jì)算上述次數(shù)外，另外一個(gè)是方向的問題。因?yàn)楸緦?shí)施例中的正弦與余弦是屬于周期函數(shù)，所以每隔27l就會回到原來的數(shù)值，因此除了決定上述的次數(shù)外，還需要知道通過27i時(shí)的方向。換句話說，例如從359。經(jīng)由360°而到達(dá)1。是屬于正向，此時(shí)計(jì)數(shù)便需要采用遞增的方式。反之，若是從1。經(jīng)由360。而到達(dá)359。是屬于反向，此時(shí)計(jì)數(shù)便需要采用遞減的方式來計(jì)算。以本實(shí)施例為例，其采用反切函數(shù)(arctangent)的高解析電子細(xì)分割裝置，利用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器114a、114b讀取周期弦波信號A、B各點(diǎn)的電壓位準(zhǔn)Al、Bl,然后利用04an"(Al/Bl)獲得周期弦波信號的相位值a)。小數(shù)計(jì)算單元110的功能在于量測周期弦波信號A、B的電壓位準(zhǔn)，經(jīng)過反切函數(shù)計(jì)算，還原周期弦波信號A、B的相位，滿足相位分辨率不低于1/1024的期望。所以，讀取周期弦波信號A、B電壓位準(zhǔn)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器114a、114b的分辨率必須大于10位。在考慮噪聲干擾的情況之下，較佳地使用12位。由于反切函數(shù)的計(jì)算時(shí)間很長，故小數(shù)計(jì)算模塊116的取樣頻率遠(yuǎn)j氐于10MHz。接著說明象限區(qū)分與累進(jìn)原則。圖2A繪示正弦函數(shù)以及其數(shù)字化規(guī)則，圖2B繪示余弦函數(shù)以及其數(shù)字化規(guī)則。數(shù)字化規(guī)則是當(dāng)大于0時(shí)，設(shè)定為邏輯l,小于0時(shí)則設(shè)定為邏輯0。因此，由圖2A與2B可以看出，對應(yīng)正弦函數(shù)的一個(gè)周期(0-27i)的數(shù)字信號為1、1、0、0，對應(yīng)余弦函數(shù)的一個(gè)周期的數(shù)字信號為1、0、、0、1。將上述二者結(jié)合后，可得到四個(gè)狀態(tài)的數(shù)字值為(ll)、(01)、(OO)與(IO),如圖2C所示。此四個(gè)狀態(tài)分別對應(yīng)到圖3A的象限區(qū)分圖的0、1、2與3各區(qū)域。參考圖4,其說明象限區(qū)分與累進(jìn)原則。以圖4外圈為例，其數(shù)字讀值的順序?yàn)?ll)、(01)、(OO)與(IO),此順序?qū)?yīng)到圖3A的小數(shù)象限AD—quad為0->1">2^3^0，屬于遞增計(jì)數(shù)。所以當(dāng)小數(shù)計(jì)算模塊116若偵測到AD—quad的變換順序?yàn)?^1^2^3時(shí)，小數(shù)計(jì)數(shù)值便于象限變換處累加1。反之，當(dāng)小數(shù)計(jì)算模塊116若偵測到AD_quad的變換順序?yàn)?^2^1今0今3時(shí)，小數(shù)計(jì)數(shù)值便于象限變換處累減1。所以，總得來說，小數(shù)計(jì)算模塊進(jìn)行以下的步驟步驟l:依據(jù)圖3A的象限區(qū)分原則，判斷數(shù)字讀值A(chǔ)1、Bl所在的象限位置，產(chǎn)生AD一quad,其為0、1、2、3。步驟2:計(jì)算小數(shù)相位值O),其中0=tan"(Al/Bl)。步驟3:利用上述象限AD—quad累計(jì)四分之一周期的周期數(shù)目N，其判斷方式如下若AD—quad依據(jù)0^1-^2^3+0順序變化，則N逐次累加1。若AD—quad依據(jù)3">2^1^0^3順序變化，則N逐次累減1。最后，小數(shù)計(jì)算模塊116將所得到的計(jì)數(shù)值N傳送給邏輯決策單元130，與整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124輸出的計(jì)數(shù)值M進(jìn)行邏輯決策。上述為小數(shù)計(jì)算模塊的工作原理，但是小數(shù)計(jì)算模塊是利用數(shù)字取樣方式，所以有其先天的限制。根據(jù)取樣定理，欲正確的獲得位移數(shù)據(jù)e，周期弦波信號A、B的頻率/i必須例如小于小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的取樣頻率/5的二分之一。也即，當(dāng)周期弦波信號A、B的頻率力大于小數(shù)計(jì)算模塊116的取樣頻率/5的二分之一時(shí)，將造成數(shù)據(jù)遺失。此外，若需判斷方向，每個(gè)弦波周期至少必須取樣四點(diǎn)。因此，周期弦波信號A、B的頻率/i較佳地小于小數(shù)計(jì)算模塊116的取樣頻率/s的四分之一。上述取樣點(diǎn)僅為本實(shí)施例的解說例，其可以依據(jù)實(shí)際情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此外，上述的取樣原則/!</5/2也只是解說例，實(shí)際實(shí)施時(shí)可以按照所選用的組件做適當(dāng)?shù)淖兏?。小?shù)計(jì)算模塊116取樣頻率/5除了受到A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間的限制，還受到小數(shù)模塊的相位值(D的計(jì)算時(shí)間的限制。因此，一般而言，小數(shù)計(jì)算模塊116的取樣頻率/5約為系統(tǒng)頻率/s的千分之一，故當(dāng)周期弦波信號A、B的頻率力若大于系統(tǒng)頻率/s的四千分之一時(shí)，小數(shù)計(jì)算模塊116所獲得的四分之一周期數(shù)目N不足以采信。欲解決上述問題，本實(shí)施例增加一組由硬件電路/固件電路組成的整數(shù)計(jì)數(shù)單元120。由于整數(shù)計(jì)數(shù)單元120使用硬件電路/固件電路組成，其取樣頻率/6約為系統(tǒng)頻率,的四分之一。利用此一高頻寬的整數(shù)計(jì)數(shù)單元120儲存弦波信號的周期計(jì)數(shù)值。因此，當(dāng)周期弦波信號A、B的頻率/i小于,的四分之一，數(shù)據(jù)也不會遺失。接著說明整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的操作方式。整數(shù)計(jì)數(shù)單元120接收來自傳感器102a、102b的周期弦波信號A、B后，周期弦波信號A,B分別經(jīng)過比較電路122a、122b。接著，整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124讀取比較電路122a、122b的方波輸出，并進(jìn)行計(jì)數(shù)，以使整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124可以獲得周期數(shù)目M。周期弦波信號A、B經(jīng)過比較電路122a、122b后，便會分別產(chǎn)生方波信號C1、C2,其分別為0或1的數(shù)值。如同前面小數(shù)計(jì)數(shù)那樣，周期弦波信號A、B在大于O的半周期部分，比較電路122a、122b會分別輸出1的數(shù)值，而在小于0的半周期部分，比較電路122a、122b會分別輸出0的數(shù)值，也即如圖2A、2B所示那樣。此時(shí)，將上述二者結(jié)合后，可得到四個(gè)狀態(tài)的數(shù)字值為(ll)、(01)、(OO)與(IO)。此四個(gè)狀態(tài)分別對應(yīng)到圖3B的象限區(qū)分圖的0、1、2與3各區(qū)域。同理，依據(jù)圖3B與圖4的象限區(qū)分以及累進(jìn)原則，便可以計(jì)數(shù)整數(shù)計(jì)數(shù)單元所計(jì)算的周期數(shù)目M。依據(jù)圖3B象限區(qū)分與累進(jìn)原則，經(jīng)由A、B信號的象限變化順序累積周期數(shù)目M，M的數(shù)值為A、B信號周期數(shù)量的四倍，業(yè)界俗稱為四倍頻。為了方便，本實(shí)施例均以四倍頻來作為解說例，但是在實(shí)際應(yīng)用上，是可以采用2n倍頻來進(jìn)行的。例如，以八倍頻來說，可以將上述的4個(gè)象限區(qū)分原則修改為八個(gè)象限區(qū)分原則，并且采用最小位中的三個(gè)位來進(jìn)行計(jì)數(shù)值的累加與累減計(jì)算的判斷。此外，在上述的整數(shù)計(jì)數(shù)單元120中，因?yàn)楸容^電路122a、122b由邏輯低位準(zhǔn)(Lo)轉(zhuǎn)換成邏輯高位準(zhǔn)(Hi)的臨界位準(zhǔn)不會是完美的零伏特，例如是0.5V。因此，這造成了小數(shù)計(jì)數(shù)單元110以及整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的進(jìn)位時(shí)序的不同，進(jìn)而產(chǎn)生了小數(shù)計(jì)數(shù)單元IIO與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120不同步進(jìn)位的時(shí)序誤差。在這種情形下，若輸出取樣值恰好發(fā)生在周期弦波信號A、B的電壓位準(zhǔn)接近零伏特處，將發(fā)生進(jìn)位誤差。為了克服上述的進(jìn)位誤差，本實(shí)施例同時(shí)采用小數(shù)計(jì)數(shù)單元IIO與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的計(jì)數(shù)輸出值，并且利用邏輯決策單元130對上述兩者的計(jì)數(shù)輸出值進(jìn)行判斷并選用。接著，說明本實(shí)施例的邏輯決策單元130的運(yùn)作方式。邏輯決策單元130接收小數(shù)計(jì)數(shù)單元IIO所產(chǎn)生的計(jì)數(shù)輸出O、N與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所產(chǎn)生的計(jì)數(shù)輸出M，正確的結(jié)合完整周期計(jì)數(shù)以及A、B信號的相位，克服上述的進(jìn)位誤差的問題，以決定出正確的相位位移e。小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的取樣頻率/5遠(yuǎn)低于整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的取樣頻率/6，邏輯決策單元130輸出值的更新頻率/7較佳地為/5，也即/7=/5,換句話說/7/s/1000。例如，當(dāng)系統(tǒng)頻率/8為100MHz,則整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的取樣頻/6為25MHz，小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的取樣頻率/5為100kHz，邏輯決策單元130的取樣頻率力為100kHz。當(dāng)周期弦波信號A、B的頻率/1小于小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的有效耳又樣頻寬/5/4，也即小于25kHz時(shí)，邏輯決策單元130相鄰兩次讀取整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所輸出的周期數(shù)目M值間的差異值有-l、0、+1等三種情況。也即，若邏輯決策單元130相鄰兩次讀取整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所輸出的M值間的差異絕對值大于1，表示周期弦波信號A、B的頻率/i大于25kHz。因此，可以利用邏輯決策單元130相鄰兩次讀取整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所輸出的M值間的絕對差值，來判斷小數(shù)計(jì)數(shù)單元IIO所獲得的四分之一周期數(shù)目N是否足以采信。下面更進(jìn)一步說明邏輯決策單元130的判斷原則。在沒有進(jìn)位誤差困擾的情況下，換句話說小數(shù)計(jì)數(shù)單元110與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所輸出的計(jì)數(shù)值N、M是相等的。此時(shí)，邏輯決策單元130采用小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的相位值0>,以及整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的四分之一周期數(shù)目M,以求得相位位移e，其如下式所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>此外，當(dāng)小數(shù)計(jì)數(shù)單元110以及整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的進(jìn)位時(shí)序不同，而且周期弦波信號A、B的頻率力小于小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的有效取樣頻寬/5/4時(shí)，邏輯決策單元130采用小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的相位值O，以及四分之一周期數(shù)目N,以求得相位位移e，其如下式所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>當(dāng)小數(shù)計(jì)數(shù)單元110以及整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的進(jìn)位時(shí)序不同，而且周期弦波信號A、B的頻率力大于小數(shù)計(jì)數(shù)單元110的有效取樣頻寬/5/4時(shí)，邏輯決策單元130采用小數(shù)計(jì)數(shù)單元的相位值0),以及整數(shù)計(jì)數(shù)單元120的四分之一周期數(shù)目M,以求得相位位移e,其如下式所示。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>上述的例子是以四分之一周期為例子來做說明，但是在實(shí)際實(shí)施時(shí)，可以采用不同的周期來進(jìn)行取樣計(jì)數(shù)。例如，以P分之一周期來進(jìn)行取樣時(shí)，上述三個(gè)計(jì)算式可以下面三個(gè)數(shù)學(xué)式來取代。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>圖5A說明當(dāng)周期弦波信號A、B的直流偏壓、振幅完全相等，而且相位相差90度時(shí)，邏輯決策單元130的輸出值e=MxTi/2+<D=NxTi/2+<D。圖5A顯示小數(shù)計(jì)數(shù)與整數(shù)計(jì)數(shù)的同步時(shí)序，也即沒有前述的進(jìn)位問題。在取樣點(diǎn)S1、S2均可以看出小數(shù)計(jì)數(shù)單元110所輸出的周期數(shù)目N與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所輸出的周期數(shù)目M是相等的。在此情況下，邏輯決策單元130便采用整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所輸出的周期數(shù)目M。圖5B說明當(dāng)周期弦波信號A、B受到噪聲干擾，或者小數(shù)計(jì)數(shù)單元110與整數(shù)計(jì)數(shù)單元120所需要的操作時(shí)間不同時(shí)，也即小數(shù)計(jì)數(shù)與整數(shù)計(jì)數(shù)間為不同步時(shí)序，在接近相位值O零點(diǎn)附近，容易產(chǎn)生進(jìn)位誤差。為了簡化說明，將(D正規(guī)化并區(qū)分十等分，取得數(shù)值0.00.9代表O的變化。如圖5B所示，若在取樣點(diǎn)Sl附近采用e-Mx+將依序獲得3.9、4.9、4.0;若在取樣點(diǎn)S2附近采用e-Mx7t/2+0),將依序獲得7.9、7.0、8.1。此一現(xiàn)象將造成位移量測裝置重大缺失。圖6繪示本發(fā)明的電子細(xì)分割方法的流程示意圖。如圖6所示，左側(cè)流程代表小數(shù)計(jì)數(shù)的流程，而右側(cè)代表整數(shù)計(jì)數(shù)的流程。首先，在步驟S102,讀取周期弦波信號A、B,此弦波信號可以例如是相位相差90度的正弦與余弦信號。在小數(shù)計(jì)數(shù)部分，在步驟S104中，對讀取的周期弦波信號A、B進(jìn)行取樣以及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后所得到的數(shù)字信號的讀值進(jìn)行象限判斷。接著，在步驟S106，進(jìn)行反正切計(jì)算，以取得相位值O。接著，在步驟S108,利用上述的象限判斷結(jié)果，在例如四分之一周期的預(yù)定周期中，計(jì)算周期數(shù)目N。由于四分之一周期數(shù)目N是由象限累進(jìn)而來，因此N的最低兩位便代表著象限判斷值A(chǔ)D一quad。在整數(shù)計(jì)數(shù)部分，在步驟S110中，計(jì)算整數(shù)部分的周期數(shù)目M。由于四分之一周期數(shù)目M是由象限累進(jìn)而來，因此M的最低兩位便代表著象限判斷值M一quad。詳細(xì)說明可以參考上述的解說。接著在步驟S114中，計(jì)算相鄰兩次讀取整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124輸出的周期數(shù)目M值間的絕對差值Del，以作為后續(xù)判斷小數(shù)計(jì)數(shù)部分是否可信的依據(jù)。接著，在步驟S116中，判斷小數(shù)部分的象限判斷值A(chǔ)D—quad與整數(shù)部分的象限判斷值M一quad是否相等。此部分可由前述的邏輯決策單元130來進(jìn)行。當(dāng)象限判斷值A(chǔ)D—quad等于象限判斷值M一quad時(shí)，表示沒有進(jìn)位誤差發(fā)生，便執(zhí)行步驟S118，令小數(shù)計(jì)數(shù)單元所獲得的周期數(shù)目N等于整數(shù)計(jì)數(shù)單元的周期數(shù)目M。接著，在步驟S122,輸出相位位移數(shù)據(jù)e=Nx兀/2+①。此外，在步驟S116,當(dāng)象限判斷值A(chǔ)D一quad不等于象限判斷值M—quad時(shí)，便執(zhí)行步驟S120,判斷前述的絕對差值Del是否大于1。如前所述的例子，絕對差值Del大于l表示周期弦波信號A、B的頻率力大于25kHz。此時(shí)，便執(zhí)行步驟S124,采用整數(shù)計(jì)數(shù)單元的周期數(shù)目M，并輸出e-Mx兀/2+(71/2-0>)。此外，當(dāng)絕對差值Del不大于1,便執(zhí)行步驟S122,采用小數(shù)計(jì)數(shù)單元的周期數(shù)目N,并輸出e-Nx兀/2+①。進(jìn)一步說明，當(dāng)上述象限判斷值A(chǔ)D_quad與象限判斷值M—quad不相同時(shí)，如圖5B的取樣點(diǎn)S1、S2,前述的邏輯決策單元130必須先判斷小數(shù)計(jì)算模塊116利用象限判斷值A(chǔ)^quad累計(jì)的周期數(shù)目N是否值得采信。例如在前述的步驟S116中，當(dāng)邏輯決策單元130判斷相鄰兩次讀取整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124輸出的M值間的絕對差值大于1,判定小數(shù)計(jì)算模塊116所輸出的N值不值得采信。此時(shí)，邏輯決策單元130采用整數(shù)計(jì)數(shù)模塊124輸出的M值。也即，可以下面數(shù)學(xué)式來進(jìn)行決策。若IM(n)-M(n-l)l化則Q-Nx兀/2+①若IM(n)—M(n-l)|>1,則6=Mx兀/2+(tt/2-①)以此方法檢視圖5B取樣點(diǎn)S1、S2的情形。邏輯決策單元130判斷相鄰兩次讀取M值的絕對差值不大于一，可知力^/7/4。此時(shí)，邏輯決策單元130輸出相位位移數(shù)據(jù)為e=Nx7t/2+cD。以圖5B為例，在取樣點(diǎn)S1附近依序獲得3.9、3.9、4.0或者只輸出三者之一。此外，當(dāng)邏輯決策單元130判斷相鄰兩次讀取M值的絕對差值大于1,可知/1>/7/4,則在圖5B取樣點(diǎn)Sl附近只獲得3.9、4+(1-0.9)=4,1、4.0的任一數(shù)值。在取樣點(diǎn)S2附近只獲得7.9、7+(1-0.0)=8.0、8.1的任一數(shù)值。對于周期弦波信號A、B的頻率力〉/7/4且發(fā)生進(jìn)位誤差的情況之下，這一決策結(jié)果符合實(shí)用需求。雖然本發(fā)明已如上披露了較佳實(shí)施例，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兓透倪M(jìn)，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求書限定的范圍為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種電子細(xì)分割裝置，用以從第一與第二周期信號，計(jì)算相位位移，前述電子細(xì)分割裝置包括小數(shù)計(jì)數(shù)單元，用以接收并依據(jù)前述第一與前述第二周期信號，產(chǎn)生相位值Φ與周期數(shù)目N；整數(shù)計(jì)數(shù)單元，用以接收并依據(jù)前述第一與前述第二周期信號，產(chǎn)生周期數(shù)目M；以及邏輯決策單元，耦接到前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元與前述整數(shù)計(jì)數(shù)單元，用以輸出前述相位位移θ。2.如權(quán)利要求1所述的電子細(xì)分割裝置，其中當(dāng)前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元與前述整數(shù)計(jì)數(shù)單元間無進(jìn)位誤差時(shí)，釆用前述相位值o與前述周期數(shù)目m,計(jì)算前述相位位移e。3.如權(quán)利要求2所述的電子細(xì)分割裝置，其中當(dāng)前述周期數(shù)目n與前述周期數(shù)目m相等時(shí)，前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元與前述整數(shù)計(jì)數(shù)單元間無進(jìn)位誤差。4.如權(quán)利要求1所述的電子細(xì)分割裝置，其中前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元具有一有效取樣頻寬，當(dāng)前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元與前述整數(shù)計(jì)數(shù)單元間存在進(jìn)位誤差時(shí)，且前述第一與前述第二周期信號的頻率不大于前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元的前述有效取樣頻寬的2k(k為整數(shù))分之一時(shí)，采用前述相位值①與前述周期數(shù)目n,計(jì)算前述相位位移e。5.如權(quán)利要求4所述的電子細(xì)分割裝置，其中當(dāng)前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元與前述整數(shù)計(jì)數(shù)單元間存在進(jìn)位誤差時(shí)，且前述第一與前述第二周期信號的頻率大于前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元的前述有效取樣頻寬的2k(k為整數(shù))分之一時(shí)，釆用前述相位值o與前述周期數(shù)目m，計(jì)算前述相位位移e。6.如權(quán)利要求1所述的電子細(xì)分割裝置，其中前述小數(shù)計(jì)數(shù)單元還包括第一與第二取樣電路，分別對前述第一與前述第二周期信號進(jìn)行取樣；第一與第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，分別耦接到并接收前述第一與前述第二取樣電路的輸出，對取樣的前述第一與前述第二周期信號，進(jìn)行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換；以及小數(shù)計(jì)數(shù)模塊，耦接到前述第一與前述第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，用以依據(jù)前述第一與前述第二模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出，產(chǎn)生前述相位值(d與前述周期數(shù)目N。7.如權(quán)利要求1所述的電子細(xì)分割裝置，其中前述整數(shù)計(jì)數(shù)單元還包括第一與第二比較電路，分別接收前述第一與前述第二周期信號，輸出第一與第二周期方波信號；以及整數(shù)計(jì)數(shù)模塊，耦接到前述第一與前述第二比較電路，用以依據(jù)前述第一與前述第二比較電路的輸出，產(chǎn)生前述周期數(shù)目M。8.如權(quán)利要求1所述的電子細(xì)分割裝置，其中前述第一與前述第二周期信號的相位實(shí)質(zhì)上相差90度。9.如權(quán)利要求1所述的電子細(xì)分割裝置，其中前述第一與前述第二周期信號分別為第一與第二周期弦波信號。10.—種電子細(xì)分割方法，用以測量第一與第二周期信號的相位位移，前述電子細(xì)分割方法包括接收前述第一與前述第二周期信號；計(jì)算前述第一與前述第二周期信號的小數(shù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生相位值①以及周期數(shù)N;計(jì)算前述第一與前述第二周期信號的整數(shù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生周期數(shù)M;以及比較前述周期數(shù)N與前述周期數(shù)M;其中當(dāng)前述周期數(shù)N等于前述周期數(shù)M時(shí)，依據(jù)前述相位值O與前述周期數(shù)N,以產(chǎn)生前述相位位移e。11.如權(quán)利要求IO所述的電子細(xì)分割方法，還包括計(jì)算相鄰兩次前述周期數(shù)M的絕對差值，其中當(dāng)前述周期數(shù)N不等于前述周期數(shù)M且前述絕對差值大于一預(yù)定差值時(shí)，依據(jù)前述相位值O與前述周期數(shù)M,以產(chǎn)生前述相位位移e。12.如權(quán)利要求11所述的電子細(xì)分割方法，其中前述預(yù)定差值為1。13.如權(quán)利要求IO所述的電子細(xì)分割方法，還包括計(jì)算相鄰兩次前述周期數(shù)M的絕對差值，其中當(dāng)前述周期數(shù)N不等于前述周期數(shù)M且前述絕對差值小于等于預(yù)定差值時(shí)，依據(jù)前述相位值①與前述周期數(shù)N，以產(chǎn)生前述相位位移e。14.如權(quán)利要求13所述的電子細(xì)分割方法，其中前述預(yù)定差值為1。15.如權(quán)利要求IO所述的電子細(xì)分割方法，其中前述第一與前述第二周期信號的相位實(shí)質(zhì)上相差90度。16.如權(quán)利要求10所述的電子細(xì)分割方法，還包括依據(jù)前述第一與前述第二周期信號，產(chǎn)生小數(shù)象限判斷值與整數(shù)象限判斷值；以及依據(jù)前述小數(shù)象限判斷值與前述整數(shù)象限判斷值，分別產(chǎn)生前述周期數(shù)N與前述周期數(shù)M。17.如權(quán)利要求16所述的電子細(xì)分割方法，還包括建立小數(shù)象限區(qū)分區(qū)域，前述小數(shù)象限區(qū)分區(qū)域區(qū)分為2n個(gè)象限，其中n為正整數(shù)；依據(jù)前述第一與前述第二周期信號的取樣值所在的前述2n個(gè)象限中的象限位置，產(chǎn)生前述小數(shù)象限判斷值；以及依據(jù)前述小數(shù)象限判斷值的序列，產(chǎn)生前述周期數(shù)N。18.如權(quán)利要求16所述的電子細(xì)分割方法，還包括建立整數(shù)象限區(qū)分區(qū)域，前述整數(shù)象限區(qū)分區(qū)域區(qū)分為2n個(gè)象限，其中n為正整數(shù)；依據(jù)前述第一與前述第二周期信號的讀值所在的前述2n個(gè)象限中的象限位置，產(chǎn)生前述整數(shù)象限判斷值；以及依據(jù)前述整數(shù)象限判斷值的序列，產(chǎn)生前述周期數(shù)M。19.如權(quán)利要求16所述的電子細(xì)分割方法，其中前述小數(shù)象限判斷值與前述整數(shù)象限判斷值的計(jì)算是以2n倍頻來計(jì)算，其中n為正整數(shù)。20.如權(quán)利要求IO所述的電子細(xì)分割方法，其中前述第一與前述第二周期信號分別為正弦信號與余弦信號。21.如權(quán)利要求20所述的電子細(xì)分割方法，其中前述小數(shù)計(jì)算模塊產(chǎn)生的相位值O以反正切來計(jì)算。22.—種電子細(xì)分割方法，用以測量第一與第二周期信號的相位位移，前述電子細(xì)分割方法包括接收前述第一與前述第二周期信號；計(jì)算前述第一與前述第二周期信號的小數(shù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生相位值O以及周期數(shù)N;計(jì)算前述第一與前述第二周期信號的整數(shù)計(jì)數(shù)，以產(chǎn)生周期數(shù)M;以及比較前述周期數(shù)N與前述周期數(shù)M;其中當(dāng)前述周期數(shù)N等于前述周期數(shù)M時(shí)，采用前述相位值①與前述周期數(shù)M，以產(chǎn)生前述相位位移θ,當(dāng)前述周期數(shù)N不等于前述周期數(shù)M時(shí)，且前述第一與前述第二周期信號的頻率大于前述小數(shù)計(jì)算模塊的取樣頻率時(shí)，依據(jù)前述相位值Φ與前述周期ltM，以產(chǎn)生前述相位位移θ，以及當(dāng)前述周期數(shù)N不等于前述周期數(shù)M時(shí)，且前述第一與前述第二周期信號的周期小于等于前述小數(shù)計(jì)算模塊的前述取樣頻率時(shí)，依據(jù)前述相位值Φ與前述周期數(shù)n,以產(chǎn)生相位位移θ。23.如權(quán)利要求22所述的電子細(xì)分割方法，還包括依據(jù)前述第一與前述第二周期信號，產(chǎn)生小數(shù)象限判斷值與整數(shù)象限判斷值；以及依據(jù)前述小數(shù)象限判斷值與前述整數(shù)象限判斷值，分別產(chǎn)生前述周期數(shù)N與前述周期數(shù)M。24.如權(quán)利要求23所述的電子細(xì)分割方法，還包括建立小數(shù)象限區(qū)分區(qū)域，前述小數(shù)象限區(qū)分區(qū)域區(qū)分為2n個(gè)象限，其中n為正整數(shù)；依據(jù)前述第一與前述第二周期信號的取樣值所在的前述2n個(gè)象限中的象限位置，產(chǎn)生前述小數(shù)象限判斷值；以及依據(jù)前述小數(shù)象限判斷值的序列，產(chǎn)生前述周期數(shù)N。25.如權(quán)利要求23所述的電子細(xì)分割方法，還包括建立整數(shù)象限區(qū)分區(qū)域，前述整數(shù)象限區(qū)分區(qū)域區(qū)分為2n個(gè)象限，其中n為正整數(shù)；依據(jù)前述第一與前述第二周期信號的讀值所在的前述2n個(gè)象限中的象限位置，產(chǎn)生前述整數(shù)象限判斷值；以及依據(jù)前述整數(shù)象限判斷值的序列，產(chǎn)生前述周期數(shù)M。26.如權(quán)利要求25所述的電子細(xì)分割方法，其中前述小數(shù)象限判斷值與前述整數(shù)象限判斷值的計(jì)算是以2n倍頻來計(jì)算，其中n為正整數(shù)。全文摘要一種電子細(xì)分割裝置及其方法，用以從第一與第二周期信號，計(jì)算一相位位移θ，作為空間位移距離累計(jì)的基礎(chǔ)。電子細(xì)分割裝置包括小數(shù)計(jì)數(shù)單元，用以產(chǎn)生相位值Φ與周期數(shù)N；整數(shù)計(jì)數(shù)單元，用以產(chǎn)生周期數(shù)M；以及邏輯決策單元，依據(jù)一判斷邏輯過程，決定采用周期數(shù)N或周期數(shù)M來計(jì)算前述的相位位移。文檔編號G01D5/243GK101165458SQ200610135940公開日2008年4月23日申請日期2006年10月17日優(yōu)先權(quán)日2006年10月17日發(fā)明者張中柱,陳譽(yù)元,黃煥祺申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院