本發(fā)明涉及對感測裝置輸出的交流信號進行校正的電路。
背景技術(shù)：
：正交(Orthogonal)信號在許多地方被廣泛應(yīng)用于感測或信號處理，包括像是全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem,GPS)、分頻技術(shù)、相位感測、超聲波、都卜勒量測以及定位感測等等應(yīng)用。應(yīng)用正交信號的感測裝置例如包括有磁性尺、光學(xué)尺、激光干涉儀、旋轉(zhuǎn)編碼器等等，這些感測裝置可利用正交信號進行距離感測，例如利用光柵干涉產(chǎn)生正交信號，或者利用光學(xué)波長干涉產(chǎn)生正交信號，通過對正交信號的相位計算、累加或分析，可以轉(zhuǎn)換為長度的量測。對于感測裝置所輸出的交流信號進行校正，是為本領(lǐng)域的重要課題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種振幅校正電路及其應(yīng)用的信號校正電路。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提出一種振幅校正電路，振幅校正電路包括相移電路、平均電路、以及放大電路。相移電路根據(jù)多個輸入信號產(chǎn)生多個相移輸出信號，這些相移輸出信號包括M個第一相移信號以及M個第二相移信號，M個第一相移信號之間具有相位差M個第二相移信號之間具有相位差M個第一相移信號與M個第二相移信號極性相反，其中M為正整數(shù)。平均電路用以根據(jù)這些輸入信號以及這些相移輸出信號的加權(quán)總和產(chǎn)生振幅增益，平均電路以單極性電源供電。放大電路根據(jù)振幅增益調(diào)整這些輸入信號的振幅，產(chǎn)生多個校正后信號。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提出一種信號校正電路，信號校正電路包括偏壓校正電路以及振幅校正電路。偏壓校正電路包括偏壓校正相移電路、偏壓校正平均電路以及減法電路。偏壓校正相移電路根據(jù)多個感測輸入信號，產(chǎn)生多個偏壓校正相移輸出信號，這些偏壓校正相移輸出信號包括N個第一偏壓校正相移信號，N個第一偏壓校正相移信號之間具有偏壓校正相位差其中N為正整數(shù)。偏壓校正平均電路用以根據(jù)這些感測輸入信號以及這些偏壓校正相移輸出信號的加權(quán)總和產(chǎn)生平均直流偏壓。減法電路用以從這些感測輸入信號減去平均直流偏壓，以產(chǎn)生多個輸入信號。振幅校正電路包括相移電路、平均電路、以及放大電路。相移電路根據(jù)這些輸入信號產(chǎn)生多個相移輸出信號，這些相移輸出信號包括M個第一相移信號以及M個第二相移信號，M個第一相移信號之間具有相位差M個第二相移信號之間具有相位差M個第一相移信號與M個第二相移信號極性相反，其中M為正整數(shù)。平均電路用以根據(jù)這些輸入信號以及這些相移輸出信號的加權(quán)總和產(chǎn)生振幅增益，平均電路以單極性電源供電。放大電路根據(jù)振幅增益調(diào)整這些輸入信號的振幅，產(chǎn)生多個校正后信號。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。附圖說明圖1繪示依照本發(fā)明一實施例的信號校正電路的方框圖；圖2繪示依照本發(fā)明一實施例的偏壓校正電路的方框圖；圖3繪示依照本發(fā)明一實施例的振幅校正電路的方框圖；圖4A～圖4D繪示多個范例的電阻鏈結(jié)構(gòu)圖；圖5繪示依照本發(fā)明一實施例的偏壓校正平均電路的電路圖；圖6繪示依照本發(fā)明一實施例的減法電路的電路圖；圖7繪示以單極性電源供電的一范例平均電路的執(zhí)行效果示意圖；圖8A～圖8C繪示依照本發(fā)明多個實施例的平均電路的電路圖；圖9A及圖9B繪示使用4個電阻鏈以及8個電阻鏈所對應(yīng)的范例平均電路輸出結(jié)果示意圖；圖10繪示依照本發(fā)明一實施例的放大電路的電路圖；圖11繪示依照本發(fā)明一實施例的信號校正電路的方框圖；圖12A～圖12G繪示依照本發(fā)明一實施例的信號校正電路于各個節(jié)點的信號波形圖。其中，附圖標(biāo)記1：信號校正電路2：偏壓校正電路21：偏壓校正相移電路22：偏壓校正平均電路23：減法電路3：振幅校正電路31：相移電路32、32a、32b、32c：平均電路33：放大電路A：第一輸入信號A’：第三輸入信號B：第二輸入信號B’：第四輸入信號f1～fN：第一偏壓校正相移信號f1_1～f1_M：第一相移信號f2_1～f2_M：第二相移信號ps：相移輸出信號ps1：偏壓校正相移輸出信號OP_22、OP_23、OP_32、OP_33、OP_321、OP_324：運算放大器Rf_22、Rf_32：反饋電阻Vdc：平均直流偏壓Vgain：振幅增益Vref1、Vref2、Vref3：參考電壓x：感測輸入信號y：輸入信號z：校正后信號R1～R4、Rc1～Rc20、Rc1’～Rc20’、Rs1～Rs20、Rs1’～Rs20’：電阻Ri、Rv1～Rv11：輸入電阻R1_1～R1_M：第一輸入電阻R2_1～R2_M：第二輸入電阻T1：晶體管Vc1～Vc19、Vc1’～Vc19’、Vs1～Vs19、Vs1’～Vs19’：相移信號具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述：感測裝置在感測過程中，由于環(huán)境或裝置的非理想性，可能造成正交信號的誤差變化。舉例而言，由于存在著玻璃表面平整度、組裝誤差、環(huán)境污染等不可控制的因素，造成正交信號的直流偏壓(Offset)以及振幅(Amplitude)的誤差變化，這些變化可能造成工具機控制器的位移計算誤差，無法提供精確定位。為使得感測裝置(例如光學(xué)尺)輸出的正交信號可以符合工具機控制器要求的準(zhǔn)確度范圍，本發(fā)明提出一種信號校正電路，用以校正信號的偏壓與振幅。圖1繪示依照本發(fā)明一實施例的信號校正電路的方框圖。信號校正電路1包括偏壓校正電路2以及振幅校正電路3。多個感測輸入信號x例如來自于一感測裝置，多個感測輸入信號x經(jīng)過偏壓校正電路2之后可以消除直流偏壓，而產(chǎn)生多個輸入信號y，多個輸入信號y的平均直流偏壓值例如為0V。接著，振幅校正電路3校正多個輸入信號y的振幅，以產(chǎn)生多個校正后信號z，多個校正后信號z的振幅例如可維持固定值。圖2繪示依照本發(fā)明一實施例的偏壓校正電路的方框圖。偏壓校正電路2包括偏壓校正相移電路21、偏壓校正平均電路22、以及減法電路23。偏壓校正相移電路21根據(jù)多個感測輸入信號x，產(chǎn)生多個偏壓校正相移輸出信號ps1，偏壓校正相移輸出信號ps1包括N個第一偏壓校正相移信號f1～fN，N個第一偏壓校正相移信號f1～fN之間具有一偏壓校正相位差其中N為正整數(shù)。偏壓校正平均電路22根據(jù)多個感測輸入信號x以及多個偏壓校正相移輸出信號ps1的加權(quán)總和產(chǎn)生平均直流偏壓Vdc，偏壓校正平均電路22以雙極性電源供電。減法電路23從多個感測輸入信號x減去平均直流偏壓Vdc以產(chǎn)生多個輸入信號y。其中在一實施例中，圖3繪示依照本發(fā)明一實施例的振幅校正電路的方框圖。振幅校正電路3包括相移電路31、平均電路32、以及放大電路33。相移電路31根據(jù)多個輸入信號y，產(chǎn)生多個相移輸出信號ps，這些相移輸出信號ps包括M個第一相移信號f1_1～f1_M以及M個第二相移信號f2_1～f2_M，M個第一相移信號f1_1～f1_M之間具有相位差M個第二相移信號f2_1～f2_M之間具有相位差M個第一相移信號f1_1～f1_M與M個第二相移信號f2_1～f2_M極性相反，其中M為正整數(shù)。平均電路32根據(jù)多個輸入信號y以及多個相移輸出信號ps的加權(quán)總和產(chǎn)生振幅增益Vgain，平均電路32以單極性電源供電。放大電路33根據(jù)振幅增益Vgain調(diào)整多個輸入信號y的振幅，以產(chǎn)生多個校正后信號z。其中在一實施例中，本發(fā)明并不限定信號校正電路1所接收的信號，例如可以是由感測裝置所輸出的2個正交信號或是4個正交信號。為方便說明起見，本發(fā)明以下的實施例以4個正交信號作為例子說明，4個正交信號分別是第一輸入信號A、第二輸入信號B、第三輸入信號A’、以及第四輸入信號B’，并使用不同的小寫字母代表不同信號的4個正交信號成份。舉例而言，感測輸入信號x包括第一輸入信號Ax、第二輸入信號Bx、第三輸入信號Ax’、以及第四輸入信號Bx’，第一至第四輸入信號之間依序具有一信號相位差α，其中45°≤α≤135°，以下的實施例說明，以信號相位差α為90°作為例子，然而此僅為示例性說明，本發(fā)明并不限定于信號相位差等于90°。當(dāng)α＝90°，將輸入信號以弦波表示，第一至第四輸入信號可依序表示為：Ax＝Vdc1+Vac1sinθ、Bx＝Vdc2+Vac2sin(θ+90°)、Ax'＝Vdc3+Vac3sin(θ+180°)、Bx'＝Vdc4+Vac4sin(θ+270°)。其中Vdc1～Vdc4分別為第一至第四輸入信號的直流偏壓，Vac1～Vac4分別為第一至第四輸入信號的振幅，在理想狀況下，直流偏壓皆相同Vdc1＝Vdc2＝Vdc3＝Vdc4，且振幅相同Vac1＝Vac2＝Vac3＝Vac4。以業(yè)界使用的儀器作為范例，直流偏壓可以是Vdc1＝Vdc2＝Vdc3＝Vdc4＝2.5V，而第一輸入信號Ax的交流成分(sinθ)與第三輸入信號Ax’的交流成分(sin(θ+180°)＝-sinθ)極性相反，第二輸入信號Bx的交流成分(sin(θ+90°)＝cosθ)與第四輸入信號Bx’的交流成分(sin(θ+270°)＝-cosθ)極性相反。實際情況中，第一至第四輸入信號的直流偏壓可能不相同且振幅可能不相同，因此可使用本發(fā)明的信號校正電路1以對于第一至第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’進行校正，以下詳細(xì)說明偏壓校正電路2以及振幅校正電路3。在實際應(yīng)用中，某些工具機控制器在供給感測裝置電源之后，立即檢測感測裝置輸出的正交信號，以判定感測裝置是否正常工作。若正交信號超出工具機控制器可接受范圍，則認(rèn)定感測裝置可能造成工具機控制系統(tǒng)存在風(fēng)險，立即進入異常跳脫狀態(tài)，以維護工具機安全。在此情況下，正交信號校正電路并無法藉由累積多個周期的輸入信號信息，進行輸入信號的偏壓與振幅校正，必需在接收第一～第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’時，立刻求得輸入信號的偏壓與振幅信息，作為修正的依據(jù)。然而，第一～第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’電壓信號包含了相位(θ)、直流偏壓(Vdc)、交流振幅(Vac)三個影響因子，在感測裝置送電之后一小段時間(假設(shè)θ并無變化)，從第一～第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’電壓信號并無法推估正確的直流偏壓與振幅信息，對輸入信號進行偏壓與振幅校正，以獲得較正確的相位(θ)。但是若能去除相位(θ)的影響，就能從單一Ax、Bx、Ax’、Bx’電壓信號獲得正確的直流偏壓與振幅信息。以第一輸入信號Ax與第二輸入信號Bx為例，因為Ax與Bx之間存在一固定相位(例如90°)，如果可以根據(jù)相移方法產(chǎn)生一系列介于Ax與Bx相位之間的電壓信號，且該系列電壓信號的直流偏壓與振幅均與Ax與Bx電壓信號有關(guān)，就能夠去除相位(θ)的影響，獲得正確的直流偏壓與振幅信息，對輸入信號進行偏壓與振幅校正。偏壓校正相移電路21可以有多種實作方式，其中一實施例為使用電阻鏈，即多個串聯(lián)的電阻，而各個電阻的連接處可輸出偏壓校正相移輸出信號ps1。圖4A～圖4D繪示多個范例的電阻鏈結(jié)構(gòu)圖，在這些電阻鏈例子中，電阻鏈兩端的信號具有相位差90°，而每個電阻鏈有10個串聯(lián)的電阻，以輸出9個相移信號，亦即在電阻鏈兩端信號的相位差被分成10等分，所輸出的每一個相移信號之間具有相位差＝90°/10＝9°。當(dāng)然電阻鏈所使用的電阻數(shù)目并不限于此，例如亦可以使用6個電阻，使得每一個相移信號之間具有相位差＝90°/6＝15°，可視實際操作環(huán)境與設(shè)計需求決定使用的電阻數(shù)量。以圖4A作為例子說明，電阻鏈Chain1的左端耦接第一輸入信號Ax，右端耦接第二輸入信號Bx，為了簡化以下的計算說明，在不失一般性的情形下，此例中可假設(shè)第一輸入信號Ax與第二輸入信號Bx的振幅皆等于1，且直流偏壓為0V，即Ax＝sinθ，Bx＝cosθ。電阻鏈Chain1包括十個電阻Rs1～Rs10，輸出9個相移信號Vs1～Vs9。根據(jù)電阻分壓定理，可計算出第k個相移信號的電壓其中Rs＝Rs1+Rs2+…+Rs10，Rs,k＝Rs1+Rs2+…+Rsk，k＝1～9。接著可由三角函數(shù)計算公式，并代入對應(yīng)的相位差計算出Ask的值進而可以求出Rs,k的值以下表一列出當(dāng)時，各個電阻Rsk的比例關(guān)系，可依據(jù)此比例關(guān)系調(diào)整各個電阻值。表一Rs1Rs2Rs3Rs4Rs51.72651.37021.16561.05151Rs6Rs7Rs8Rs9Rs1011.05151.16561.37021.7265圖4A當(dāng)中的另一范例電阻鏈Chain5則是左端耦接第二輸入信號Bx＝cosθ，右端耦接第三輸入信號Ax’＝-sinθ，計算方式類似于上述的電阻鏈Chain1，電阻鏈Chain5包括十個電阻Rc1～Rc10，輸出9個相移信號Vc1～Vc9。根據(jù)電阻分壓定理，可計算出第k個相移信號的電壓Vck為其中Rc＝Rc1+Rc2+…+Rc10，Rc,k＝Rc1+Rc2+…+Rck，k＝1～9。接著可由三角函數(shù)計算公式，并代入對應(yīng)的相位差計算出Ack的值進而可以求出Rc,k的值圖4B的電阻鏈Chain2是左端耦接第三輸入信號Ax’，右端耦接第四輸入信號Bx’，而電阻鏈Chain6是左端耦接第四輸入信號Bx’，右端耦接第一輸入信號Ax。亦即在理想情況下，電阻鏈Chain1輸出的相移信號與電阻鏈Chain2輸出的相移信號應(yīng)是數(shù)值相同而極性相反，電阻鏈Chain5輸出的相移信號與電阻鏈Chain6輸出的相移信號亦應(yīng)是數(shù)值相同而極性相反。然而，導(dǎo)因于感測裝置以及受測環(huán)境的真實不可控制因素影響，實際上感測裝置輸出的四個信號并非理想，因此電阻鏈Chain1與電阻鏈Chain2輸出的相移信號近似于極性相反，然而數(shù)值不完全相同，類似地，電阻鏈Chain5與電阻鏈Chain6輸出的相移信號亦近似于極性相反，數(shù)值不完全相同。在一實施例中，偏壓校正相移電路21可以使用如圖4A以及圖4B所繪示的電阻鏈Chain1、Chain2、Chain5、Chain6共四個電阻鏈，因此偏壓校正相移電路21可以產(chǎn)生總共9×4＝36個偏壓校正相移輸出信號ps1，加上原始的第一至第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’，偏壓校正平均電路22可計算這40個信號的平均值，以求得第一至第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’所對應(yīng)弦波的平均直流偏壓。值得注意的是，依據(jù)式子(2)各個相移信號Vsk的振幅Ask并不相同，因此此處所指的計算這40個信號的平均值，實則為40個信號的加權(quán)總和。亦即，需先將各個相移信號Vsk的振幅Ask藉由適當(dāng)?shù)臋?quán)重系數(shù)調(diào)整為相等，接著計算加權(quán)總和。一種可計算加權(quán)總和的電路實現(xiàn)方式可見圖5。其繪示依照本發(fā)明一實施例的偏壓校正平均電路的電路圖。偏壓校正平均電路22可計算40個信號的加權(quán)總和，而為了簡化圖示及方便說明起見，圖5繪示的范例偏壓校正平均電路22是針對電阻鏈Chain1輸出的9個相移信號以及電阻鏈Chain1兩端的第一輸入信號Ax與第二輸入信號Bx，計算11個信號的加權(quán)總和。偏壓校正平均電路22包括運算放大器OP_22、反饋電阻Rf_22、輸入電阻Rv1～Rv11。運算放大器OP_22的非反向輸入端耦接地電位GND，運算放大器OP_22以雙極性電源供電，即運算放大器OP_22的正供應(yīng)電源接到+VDD、負(fù)供應(yīng)電源接到-VDD。反饋電阻Rf_22耦接運算放大器OP_22的輸出端及反向輸入端之間。輸入電阻Rv1～Rv11耦接運算放大器OP_22的反向輸入端，其中輸入電阻Rv1耦接第一輸入信號Ax、輸入電阻Rv11耦接第二輸入信號Bx、輸入電阻Rv2～Rv10耦接由電阻鏈Chain1輸出的9個相移信號Vs1～Vs9。如前所述，各個相移信號Vsk的振幅Ask并不相同，因此可依據(jù)振幅Ask的比例關(guān)系，調(diào)整輸入電阻Rv2～Rv10的電阻值比例關(guān)系。將此偏壓校正平均電路22接收的輸入電壓依序表示為V1～V11(V1＝Ax,V2＝Vs1,V3＝Vs2,…,V10＝Vs9,V11＝Bx)，則偏壓校正平均電路22產(chǎn)生的平均直流偏壓Vdc可表示為以下表二繪示當(dāng)時，各個輸入電阻Rvk與反饋電阻Rf_22的比例關(guān)系。表二k12345Rvk/Rf_2210.0008.7407.9367.4357.159k67891011Rvk/Rf_227.0717.1597.4357.9368.74010.000圖5所繪示的僅是一種偏壓校正平均電路22的范例，當(dāng)然本發(fā)明并不限于此，實際使用的電阻數(shù)量以及電阻值比例，可以對應(yīng)于前一級的偏壓校正相移電路21所使用的電阻鏈而對應(yīng)調(diào)整，而偏壓校正平均電路22也可以不使用運算放大器，只要是能夠執(zhí)行計算加權(quán)總和的電路即可，例如亦可以通過數(shù)字電路的加法器以及運算邏輯電路實現(xiàn)。此外，在前述的實施例中，偏壓校正平均電路22是以雙極性電源供電，于電路實作中，偏壓校正平均電路22也可以采用單極性電源供電，例如可以對于偏壓校正相移輸出信號ps1施加一個額外的直流偏壓，使得偏壓校正相移輸出信號ps1的電壓振幅范圍完整落在單極性電源供電的電壓范圍內(nèi)。在上述的實施例中，偏壓校正相移電路21包括多個電阻鏈。在另一種實施例中，偏壓校正相移電路21亦可以不包括任何電阻鏈，亦即，偏壓校正相移電路21可以將感測輸入信號x直接輸出，接著由偏壓校正平均電路22計算第一至第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’的加權(quán)總和，以此電路實作方式亦可以求得平均直流偏壓Vdc。偏壓校正平均電路22計算出平均直流偏壓Vdc，接著可通過減法電路23，將感測輸入信號x減去平均直流偏壓Vdc，以得到輸入信號y，輸入信號y即為已消除偏壓誤差的信號。圖6繪示依照本發(fā)明一實施例的減法電路的電路圖。為簡化圖示，于圖6當(dāng)中的減法電路23僅繪示對于其中一個輸入信號成份執(zhí)行減法運算，此電路例如可藉由復(fù)制相同的電路修改為對于四個輸入信號執(zhí)行減法運算的電路。減法電路23包括運算放大器OP_23以及電阻R1～R4，運算放大器OP_23可由雙極性電源供電，減法電路23接收的電壓信號分別為VI1及VI2，輸出的信號VOut可表示為藉由設(shè)定適當(dāng)?shù)碾娮鑂1～R4，VI1耦接平均直流偏壓Vdc，VI2耦接第一輸入信號Ax，即可以得到輸出信號VOut＝Ax-Vdc。在另一實施例中，減法電路23可以將感測輸入信號x的四個成份Ax、Bx、Ax’、Bx’.分別減去平均直流偏壓Vdc，以得到輸入信號y。減法電路23亦可通過其他的模擬電路元件以其他組合方式實現(xiàn)，或是亦可通過數(shù)字電路的加法器或減法器實現(xiàn)。在經(jīng)過偏壓校正電路2處理之后，輸入信號y已消除直流偏壓，接著以振幅校正電路3校正輸入信號y的振幅。承接上述實施例，輸入信號y包括：第一輸入信號Ay、第二輸入信號By、第三輸入信號Ay’、以及第四輸入信號By’，而這些輸入信號Ay、By、Ay’、By’已消除直流偏壓。以下說明振幅校正電路3的組成元件以及操作方式。振幅校正電路3包括相移電路31、平均電路32、以及放大電路33。偏壓校正電路2當(dāng)中的偏壓校正相移電路21以及振幅校正電路3當(dāng)中的相移電路31可以使用相同或類似的電路結(jié)構(gòu)，兩者的操作原理類似，相移電路31亦可以使用電阻鏈以產(chǎn)生多個相移輸出信號ps。而對于振幅校正電路3當(dāng)中的平均電路32，其目的是要計算出多個信號的瞬間平均振幅，以對信號進行校正，若是使用如同偏壓校正電路2當(dāng)中的偏壓校正平均電路22，則會由于第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’已消除直流偏壓，而使得計算出來的平均值為0V。因此，在一實施例中，平均電路32是以單極性電源供電，以針對信號的正電壓部分計算平均值，以求得平均的振幅。圖7繪示以單極性電源供電的一范例平均電路的執(zhí)行效果示意圖。第7圖左上的波形圖顯示一弦波信號Y1(t)，右上的Y1’(t)波形圖顯示以單極性電源供電的平均電路對此弦波信號Y1(t)的執(zhí)行效果，由于此實施例中的平均電路32采用反向放大電路，右上的波形圖(輸出信號Y1’(t))會與左上的波形圖(輸入信號Y1(t))極性相反。平均電路32會將右上的波形圖中弦波信號Y1’(t)電壓小于0的部分忽略，所計算得到的是弦波信號Y1’(t)在正電壓部分的平均值。然而，以此方式計算，可以發(fā)現(xiàn)原弦波信號Y1(t)有一半時間的信息消失，因此計算出來的平均值可能不夠精確。圖7左下的波形圖顯示兩個弦波信號Y1(t)及Y2(t)，其中Y2(t)與Y1(t)極性相反，亦即當(dāng)Y1(t)小于0V的時候，Y2(t)大于0V。圖7右下的波形圖顯示以單極性電源供電的平均電路對這兩個弦波信號Y1(t)及Y2(t)的執(zhí)行效果，由于此實施例中的平均電路32采用反向放大電路，右下的波形圖(輸出信號Y1’(t)及Y2’(t))會與左下的波形圖(輸入信號Y1(t)及Y2(t))極性相反。在右下的波形圖當(dāng)中，由于當(dāng)Y1’(t)小于0V時候，相關(guān)于弦波信號Y1’(t)的信息可以從另一弦波信號Y2’(t)獲得，因此能夠保有弦波信號Y1(t)于全部時間的信息，如此計算得到的平均值可以更加精確?；谝陨纤?，在一實施例中，平均電路32以單極性電源供電，相移電路31所輸出的相移輸出信號ps可包括M個第一相移信號f1_1～f1_M以及M個第二相移信號f2_1～f2_M，且M個第一相移信號f1_1～f1_M與M個第二相移信號f2_1～f2_M極性相反，如此可以使得平均電路32所計算得到的振幅增益Vgain較為精確。M的數(shù)量可以視設(shè)計需求決定，以下敘述以M＝9作為例子。當(dāng)M＝9時，相移電路31的實現(xiàn)方式可以參考圖4A～圖4D所繪示的電阻鏈Chain1～Chain8以及相關(guān)描述。舉例而言，相移電路31可以包括圖4A的電阻鏈Chain1以及圖4B的電阻鏈Chain2。電阻鏈Chain1包括10個串聯(lián)的電阻，左端耦接第一輸入信號Ay、右端耦接第二輸入信號By。電阻鏈Chain2包括10個串聯(lián)的電阻，左端耦接第三輸入信號Ay’、右端耦接第四輸入信號By’。由于第一輸入信號Ay與第三輸入信號Ay’極性相反，第二輸入信號By與第四輸入信號By’極性相反，因此由電阻鏈Chain1輸出的9個第一相移信號f1_1～f1_9與電阻鏈Chain2輸出的9個第二相移信號f2_1～f2_9極性相反。關(guān)于以電阻鏈產(chǎn)生具有相位差的相移信號，其相關(guān)計算在此不再重復(fù)贅述。相移電路31可以有多種實施方式，只要能夠輸出包括極性相反的相移信號即可。除了前述使用電阻鏈Chain1及Chain2的實施例，在另一實施例中，相移電路31亦可以是包括第4A圖的電阻鏈Chain5以及圖4B的電阻鏈Chain6，電阻鏈Chain5的兩端分別耦接第二輸入信號By以及第三輸入信號Ay’，電阻鏈Chain6的兩端分別耦接第四輸入信號By’以及第一輸入信號Ay，因此由電阻鏈Chain5輸出的相移信號與電阻鏈Chain6輸出的相移信號極性相反。在又另一實施例中，相移電路31更可以同時包括四個電阻鏈Chain1、Chain2、Chain5、Chain6，以利于求得更精確的平均振幅值。而在一實施例中，相移電路31更可以包括圖4C所示的電阻鏈Chain3，例如相移電路31包括電阻鏈Chain1、Chain2以及Chain3。在前述的電阻鏈Chain1、Chain2、Chain5、Chain6，皆是產(chǎn)生具有相位差的相移信號，然而，為更進一步增加平均電路32所求得振幅增益Vgain的精確度，可以使用電阻鏈Chain3產(chǎn)生具有另一相位差的第三相移信號f3_1～f3_9，不等于在此實施例中，相移輸出信號ps包括第一相移信號f1_1～f1_9、第二相移信號f2_1～f2_9以及第三相移信號f3_1～f3_9。舉例而言，如此除了原有相位差的相移信號，更可以得知另一相位差的相移信號，獲得了弦波信號在更多不同相位時的信號值，即相當(dāng)于提高了對弦波信號取樣的解析度，可使得平均電路32所計算的結(jié)果更加準(zhǔn)確。電阻鏈Chain3的兩端所接收信號與電阻鏈Chain1相同，即分別是耦接第一輸入信號Ay以及第二輸入信號By，然而由于電阻鏈Chain3與電阻鏈Chain1具有不同的電阻值，而能夠使得電阻鏈Chain3產(chǎn)生的第三相移信號f3_1～f3_9具有另一相位差關(guān)于相位差以及電阻值的計算可以參考式子(1)及式子(2)，以下表三列出當(dāng)時，各個電阻Rsk’的比例關(guān)系，可依據(jù)此比例關(guān)系調(diào)整各個電阻值，表三的電阻值與表一的電阻值不相同。表三Rs1’Rs2’Rs3’Rs4’Rs5’1.72251.37021.35521.15061如上所述，電阻鏈Chain3是對應(yīng)于電阻鏈Chain1設(shè)置，此處的「對應(yīng)」所指的是：接收相同的輸入，而以不同的電阻值產(chǎn)生具有不同相位差的相移信號。類似地，第4C圖的電阻鏈Chain7可對應(yīng)于電阻鏈Chain5，圖4D的電阻鏈Chain4可對應(yīng)于電阻鏈Chain2、電阻鏈Chain8可對應(yīng)于電阻鏈Chain6。在一實施例中，相移電路31可包括電阻鏈Chain1、Chain2、Chain3、Chain4，如此既能產(chǎn)生具有極性相反性質(zhì)的相移信號，亦能產(chǎn)生具有不同相位差的相移信號。在另一實施例中，相移電路31可包括圖4A～圖4D所繪示的全部8個電阻鏈Chain1～Chain8。檢視并比較偏壓校正電路2以及振幅校正電路3，其中的偏壓校正相移電路21與相移電路31操作類似，然而在振幅校正電路3中為求得正電壓部分的平均值，相移電路31可產(chǎn)生極性相反的相移信號，且在一實施例中，相移電路31可以采用更多的電阻鏈以產(chǎn)生具有不同相位差的相移信號，而能夠達(dá)到更準(zhǔn)確的計算結(jié)果。在一實施例中，偏壓校正相移電路21與相移電路31可以各自獨立，即兩者所使用的電阻鏈之間可以沒有關(guān)系。舉例而言，偏壓校正相移電路21所輸出的偏壓校正相移輸出信號ps1可包括N個第一偏壓校正相移信號，N個第一偏壓校正相移信號之間具有偏壓校正相位差且而相移電路31所輸出的相移輸出信號ps可包括M個第一相移信號以及M個第二相移信號，N值與M值可以各自決定，偏壓校正相移電路21與相移電路31所使用的電阻鏈數(shù)目以及電阻鏈當(dāng)中所使用的電阻值，亦可以各自決定。在一實施例中，偏壓校正相移電路21可以相關(guān)于相移電路31，例如偏壓校正相移電路21包括P個偏壓校正電阻鏈，而相移電路31包括2P個振幅校正電阻鏈，P為正整數(shù)。舉例而言，當(dāng)P＝4，偏壓校正相移電路21可包括如圖4A～圖4D所示的四個電阻鏈Chain1、Chain2、Chain5、Chain6。而相移電路31則可包括如圖4A～圖4D所示的八個電阻鏈Chain1～Chain8，亦即，相移電路31的八個電阻鏈中有四個電阻鏈(Chain1、Chain2、Chain5、Chain6)與偏壓校正相移電路21所使用的電阻鏈電阻值可以相同，另有四個電阻鏈(Chain3、Chain4、Chain7、Chain8)則與偏壓校正相移電路21所使用的電阻鏈可以具有不同的電阻值。偏壓校正平均電路22與平均電路32的操作原理亦類似，然而偏壓校正平均電路22是以雙極性電源供電，以求得平均直流偏壓值。平均電路32則是以單極性電源供電，以求得正電壓部分的平均振幅值，以產(chǎn)生振幅增益Vgain。假設(shè)M＝9，平均而言，相移電路31每增加一個電阻鏈，相移輸出信號ps的數(shù)量即增加10個。當(dāng)相移電路31使用4個電阻鏈時，則平均電路32計算40個相移輸出信號ps的加權(quán)總和，類似地，當(dāng)相移電路31使用8個電阻鏈時，則平均電路32計算80個相移輸出信號ps的加權(quán)總和。圖8A～圖8C繪示依照本發(fā)明多個實施例的平均電路的電路圖。如圖8A所繪示的實施例，平均電路32a包括運算放大器OP_32、反饋電阻Rf_32、M個第一輸入電阻R1_1～R1_M以及M個第二輸入電阻R2_1～R2_M。運算放大器OP_32的非反向輸入端耦接地電位GND，運算放大器OP_32以單極性電源供電，即運算放大器OP_32的正供應(yīng)電源接到+VDD、負(fù)供應(yīng)電源接到地電位GND。反饋電阻Rf_32耦接運算放大器OP_32的輸出端及反向輸入端之間。M個第一輸入電阻R1_1～R1_M的一端耦接運算放大器OP_32的反向輸入端，另一端分別耦接M個第一相移信號f1_1～f1_M，M個第一輸入電阻的電阻值依據(jù)相位差決定。M個第二輸入電阻R2_1～R2_M的一端耦接運算放大器OP_32的反向輸入端，另一端分別耦接M個第二相移信號f2_1～f2_M，M個第二輸入電阻的電阻值依據(jù)相位差決定。平均電路32亦可包括其他輸入電阻分別耦接至第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’。平均電路32的計算公式以及電阻值可以參考式子(7)以及表二，不同之處在于，當(dāng)式子(7)計算出的結(jié)果為負(fù)的時候，由于平均電路32是以單極性電源供電，因此運算放大器OP_32實際的輸出會是0V。圖8B繪示依照本發(fā)明一實施例的平均電路32b的電路圖，運算放大器OP_32的非反向輸入端可以經(jīng)由電阻耦接至參考電壓Vref1，對于無法工作于0V附近的運算放大器，可以采用圖8B所示的平均電路32b。如上述第8A圖以及第8B圖所繪示的實施例中，平均電路32是采用運算放大器的反向放大電路，然而本發(fā)明不限于此，平均電路亦可以采用運算放大器的非反向放大電路實現(xiàn)。平均電路32是對應(yīng)于相移電路31設(shè)計，上述例子中平均電路32使用2組輸入電阻，是對應(yīng)于相移電路31使用2個電阻鏈的情形。當(dāng)相移電路31使用8個電阻鏈時，平均電路32即會使用共8組的M個輸入電阻，且每一組輸入電阻的電阻值會依據(jù)相移電路31當(dāng)中對應(yīng)的電阻鏈所產(chǎn)生的相位差而決定。而對于使用多組輸入電阻的平均電路，除了可使用如圖8A以及圖8B所示的平均電路之外，另一種可使用的實現(xiàn)方式可參考圖8C所示，圖8C繪示依照本發(fā)明一實施例的平均電路32c的電路圖，此實施例中的平均電路32c可以由多個運算放大器組合而成。圖9A及圖9B繪示使用4個電阻鏈以及8個電阻鏈所對應(yīng)的范例平均電路輸出結(jié)果示意圖。如前所述，于一實施例中，相移電路31可括4個電阻鏈Chain1、Chain2、Chain5、Chain6，(沒有另一相位差的信息)。于另一實施例中，相移電路31包括8個電阻鏈Chain1～Chain8。圖9A繪示使用4個電阻鏈Chain1、Chain2、Chain5、Chain6的相移電路31，對應(yīng)的平均電路32輸出的結(jié)果，而圖9B繪示使用8個電阻鏈Chain1～Chain8的相移電路31，對應(yīng)的平均電路32輸出的結(jié)果?？梢钥闯鲇捎谑褂?個電阻鏈有較高的相位解析度，因此相較于圖9A，在圖9B能夠得到更佳平滑連續(xù)的振幅增益Vgain，而能夠達(dá)到更精準(zhǔn)的振幅校正效果。平均電路32求得振幅增益Vgain之后，放大電路33根據(jù)振幅增益Vgain調(diào)整輸入信號y的振幅，產(chǎn)生校正后信號z，例如是將輸入信號y當(dāng)中的第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’，分別除以或乘以振幅增益Vgain，以得到校正后信號z的各個成份Az、Bz、Az’、Bz’，經(jīng)振幅校正電路3所產(chǎn)生的校正后信號z，其中的各個成份Az、Bz、Az’、Bz’的振幅維持相同。放大電路33可包括輸出級放大單元(例如是運算放大器)以及晶體管，輸出級放大單元具有調(diào)整信號振幅能力，晶體管的控制端可耦接振幅增益Vgain，用于調(diào)整輸出級放大單元的振幅放大倍率。圖10繪示依照本發(fā)明一實施例的放大電路的電路圖。放大電路33包括輸出級運算放大器OP_33、晶體管T1、以及輸入電阻Ri。輸出級運算放大器OP_33的非反向輸入端耦接參考電壓信號Vref3。晶體管T1例如是金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)或接面場效晶體管(JunctionField-EffectTransistor，JFET)，晶體管T1的控制端(例如晶體管的柵極)耦接振幅增益Vgain，晶體管T1操作在歐姆區(qū)(OhmicRegion)時，晶體管T1可作為一個受控于振幅增益Vgain的可變電阻。輸入電阻Ri耦接于第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’其中的一與輸出級運算放大器OP_33的反向輸入端之間。若將晶體管T1的導(dǎo)通電阻以Rfet表示，則放大電路33的放大倍率為Rfet/Ri。振幅增益Vgain與導(dǎo)通電阻Rfet關(guān)系，與晶體管T1的種類以及通道成分有關(guān)。于圖10當(dāng)中的放大電路33僅繪示對于其中一個輸入信號成份放大，此電路例如可藉由復(fù)制相同的電路而修改為對于第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’執(zhí)行放大的電路，而調(diào)整第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’的振幅。根據(jù)耦接于輸出級運算放大器OP_33非反向輸入端的參考電壓信號Vref3，可以調(diào)整校正后信號z的直流位準(zhǔn)。圖11繪示依照本發(fā)明一實施例的信號校正電路的方框圖。關(guān)于偏壓校正電路2以及振幅校正電路3的各個組成方框皆已詳述如前，以下配合信號波形以說明各個組成方框的操作結(jié)果。圖12A～圖12G繪示依照本發(fā)明一實施例的信號校正電路于各個節(jié)點的信號波形圖。圖12為感測輸入信號x的波形，包括第一至第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’，可以看出感測輸入信號x的直流平均電壓不等于0V，且各個輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’的振幅亦不相同。經(jīng)過偏壓校正相移電路21(例如4個電阻鏈)，產(chǎn)生多個偏壓校正相移輸出信號ps1(例如40個)，波形可見第12B圖。偏壓校正平均電路22計算多個偏壓校正相移輸出信號ps1的加權(quán)總和，得到平均直流偏壓Vdc，波形可見圖12C。減法電路23將第一至第四輸入信號Ax、Bx、Ax’、Bx’減去平均直流偏壓Vdc而得到輸入信號y，波形可見圖12D?？煽吹浇?jīng)由偏壓校正電路2產(chǎn)生的輸入信號y，已經(jīng)消除直流偏壓誤差，輸入信號y包括第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’，每一個輸入信號Ay、By、Ay’、By’的直流平均值皆是0V，然而每一個輸入信號Ay、By、Ay’、By’的振幅仍然隨著時間改變。接著以振幅校正電路3對輸入信號y進行校正，輸入信號y經(jīng)過相移電路31(例如8個電阻鏈)，產(chǎn)生多個相移輸出信號ps(例如80個)，波形可見圖12E。平均電路32計算多個相移輸出信號ps的加權(quán)總和，得到振幅增益Vgain，波形可見圖12F，相當(dāng)于在每一個時間點的平均振幅。放大電路33將第一至第四輸入信號Ay、By、Ay’、By’除以振幅增益Vgain而得到校正后信號z，波形可見圖12G。藉由設(shè)定圖10當(dāng)中的參考電壓信號Vref3，可將校正后信號z的直流位準(zhǔn)設(shè)定為2.5V，可看到經(jīng)由信號校正電路1產(chǎn)生的校正后信號z，不僅直流平均值是2.5V，且振幅亦維持固定，校正后信號z可符合業(yè)界實際應(yīng)用2.5V±0.5V的需求。如此可將感測裝置輸出的感測輸入信號x，校正為校正后信號z，而有效的消除偏壓誤差以及振幅誤差，使得感測裝置可連接工具機控制器使用。以上如圖5、圖6、圖8A～圖8C、及圖10所示的實施例中，雖是以運算放大器的反向放大電路作為說明實施例，然而本發(fā)明并不限于此，于實作這些電路時，亦可以使用運算放大器的非反向放大電路。舉例而言，圖5當(dāng)中的偏壓校正平均電路22，輸入電阻Rv1～Rv11可以耦接于運算放大器OP_22的非反向輸入端，式子(7)的計算結(jié)果則沒有負(fù)號。其余如圖6、圖8A～圖8C、及圖10亦可以類似方法改變電路連接組態(tài)，于此不再贅述。電路實作中，采用反向放大電路或非反向放大電路，可視后級電路與元件(例如FET種類與特性)而決定。以上實施例所述的各個電路方框，例如包括偏壓校正相移電路21、偏壓校正平均電路22、減法電路23、相移電路31、平均電路32、放大電路33，除了可使用模擬電路實現(xiàn)之外，亦可以通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)搭配數(shù)字電路實現(xiàn)。舉例而言，在前述實施例相移電路31是通過電阻鏈實現(xiàn)，而根據(jù)式子(1)-(4)，相移電路31所輸出的電壓是為輸入電壓的多種線性組合，因此亦可以通過數(shù)字電路的乘法器、加法器、查找表等等基本組成方框而實現(xiàn)式子(1)-(4)。根據(jù)本發(fā)明所提出的振幅校正電路，由于相移電路產(chǎn)生具有相反極性的相移信號，且平均電路以單極性電源供電，因此能夠避免使用全波整流器(Rectifier)，而達(dá)到全波整流的效果，可以有效節(jié)省電路面積。而本發(fā)明當(dāng)中的偏壓校正電路以及振幅校正電路，主要藉由相位移產(chǎn)生多組信號，及多組信號的運算來修正這些誤差，不需要完整周期的取樣來計算，可以非?？焖俚赜嬎阈拚?。對于電源啟動瞬間、停止?fàn)顟B(tài)、一個周期內(nèi)的運動、快速運動，都可以進行信號修正。此外，由于相移電路可使用電阻鏈而產(chǎn)生相移輸出信號，以如此模擬電路的實現(xiàn)方式，可以在接收到信號的瞬間很快產(chǎn)生多個相移信號，而立刻求得平均振幅值，相較于數(shù)字電路實現(xiàn)方式(例如以ADC搭配微處理器或是數(shù)字信號處理器)，可具有更短的延遲時間，而能達(dá)到更高的頻寬，特別是在感測裝置有高頻寬需求時具有更廣的應(yīng)用空間。本發(fā)明的信號校正電路能夠有效降低光學(xué)尺或編碼器弦波模擬信號的偏壓及振幅誤差，并且運用結(jié)構(gòu)簡單的模擬電路取代數(shù)字運算器，執(zhí)行信號處理所需的數(shù)學(xué)運算，未來于讀頭積體電路化階段，可節(jié)省電子設(shè)計自動化(ElectronicDesignAutomation,EDA)工具與硅智財(IntellectualProperty,IP)費用。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3