专利名称：具有嵌入式信号电路系统的编码器的利记博彩app
相关申请的交叉参考不适用联邦资助研究或开发不适用最近，数字增量编码器开始用于基于微处理器的设备。典型数字编码器包括一个或多个为了产生一对具有90度相移的矩形波图形而设置的导向装置和传感器。
电编码器在本技术领域内内众所周知，如授予Froeb等人的第4,599,605号美国专利披露的旋转编码器。这种电编码器通常包括外壳，该外壳封闭在其上形成的导电图形的衬底以定义脉冲串等形式的预选数字信号。通过主轴旋转的回旋轮携带旋转部件，在旋转回旋轮以产生具有衬底上的导电图形定义的数字特性的电信号时，该旋转部件与导电图形实现电互连。例如，回旋轮可以携带在回旋轮旋转时机械接触导电图形以产生电信号的旋转接触部件。在其它编码器中，采用非接触式回旋轮。例如，非接触式回旋轮可以是磁性的、光学的或电容性的。
本技术领域内的熟练技术人员还知道，某些编码器利用滑动器而非利用回旋轮将直线运动转换为预选数字信号。
本发明是一种集成数字电子编码器，该集成数字电子编码器包括衬底，具有大致地对置的第一主表面和第二主表面；和数字编码器，形成在衬底的第一主表面上。编码器包括传动轴，并把该编码器构型得以根据传动轴的运动产生电信号。优选地利用表面贴装技术，将电子电路系统安装在衬底的第二主表面上。电子电路系统与数字编码器实现电连接以对编码器产生的信号进行处理，并且该电子电路系统优选地包括可编程逻辑电路。
图7是配备了根据本发明集成编码器的另一个电子装置的原理图。
输入装置25对根据本发明构造的集成编码器装置实现功能输入。具体地说，优选输入装置是数字编码器。领域内的一般技术人员众所周知，数字编码器根据其设计产生编码信号。例如，可以采用2位或8位的格雷码编码器。
可编程逻辑电路27从监测电源保护部件23接收电能，从数字编码器输入装置25接收编码信号。可编程逻辑电路27对编码信号进行信号波形加工和信号处理。优选地由装置制造商，或者优选地由采用该装置的设备制造商对该可编程逻辑电路进行编程以执行与应用相适应的功能。该可编程逻辑电路可以是单次可编程，也可以是重复可编程。该可编程逻辑电路可以是可编程微型控制器，例如RISC型控制器。该可编程逻辑电路产生适于其它外部装置使用的波形加工过的信号或处理过的信号。
输出功能转换器29提供使可编程逻辑电路产生的波形加工过的信号或处理过的信号可以用于其它装置。
根据本发明，将直线式机械运动或旋转机械运动转换为数字电信号的编码器被形成为具有可以进行信号处理并可以实现与该编码器的运行过程有关的其它功能的、诸如可编程逻辑电路的电路系统的积分单元。优选地将可编程逻辑电路27与编码器25本身设置在同一个电子电路板或衬底上。
图2至图5示出根据本发明构造的集成编码器装置30的特定实施例。首先，参考图2，图2示出从下侧观看的集成编码器装置30的透视图。集成编码器装置30包括安装在衬底31上的编码器部分25，衬底31包括具有上主表面和下主表面的电路板。可以利用多层现有技术电路板材料制造电路板衬底31，例如PCB FR-4。电路板衬底31包括位于两个主表面上、具有中间层(未示出)的电路系统(未示出)，该中间层含有用技术领域内一般技术人员众所周知的方式使表面电路系统互连的适用于特定应用电路系统。
电路板衬底31的上主表面包括编码器25，而电路板衬底31的下主表面包括将编码器25的位置和运动转换为预定电信号、产生编码器输出信号的电路系统。用于产生编码器输出信号的电路系统是领域内一般技术人员熟悉的、基本上传统设计的编码器，因此没有详细示出。
例如，编码器25是本技术领域内众所周知的传统类型编码器。例如，请参考授予Nakamura等人的第4,443,670号美国专利和授予Brown等人的第5,017,741号美国专利，在此引用这些专利供参考。根据这些传统设计，编码器25通常包括回旋轮，所述回旋轮具有多个安装在其下表面上的电接触头(未示出)。接触头与形成在衬底上表面上的导电元件(未示出)实现电接触。导电元件可以包括输入环和输出环。接触片在输入环与输出环之间传送电信号。以图形形式形成导电元件，这样在回旋轮旋转时可以产生预定电信号。将传动轴33与回旋轮安装在一起，并从回旋轮的轴向伸出。传动轴33使用户能够向编码器25输入旋转方向的和轴向的。
领域内的一般技术人员会明白还可以把各种非接触编码器设计应用于衬底电路板的上表面。典型非接触编码器设计包括领域内的一般技术人员熟悉的磁性实施、光学实施或电容性实施形式。
仍参考图2至图5，外壳35封闭集成编码器装置30的上编码器部分25。外壳35包括向上延伸的空心圆柱形连接件37。编码器25的传动轴33通过空心圆柱形连接件37延伸。空心圆柱形连接件37具有外螺纹，因此该圆柱形连接件可以与由装配螺纹构成的支撑件或类似安装结构的装置(未示出)组装在一起。外壳的上表面还包括外螺纹部分41以提供将集成编码器安装到支撑件或类似安装结构的附加选择。
现在，参考图2、4和5，外壳35的下部包括向下延伸安装底脚43，在特定应用中，安装底脚43用于安装集成编码器装置30。例如，底脚43靠近安装面(未示出)以将集成编码器装置30定位在其工作位置。在特定实施例或装置中，还可以通过底脚43设置开口(未示出)，从而通过外壳插入安装螺丝或其它连接装置(未示出)，从而将集成编码器装置30安装到安装结构上。
再参考图2，一个或多个电路元件45安装在衬底31的下主表面上(对着该编码器进行安装)。电路元件45包括监测电源保护部件23、可编程逻辑电路27以及输出逆变器29。如果不影响编码器图形，还可以沿编码器25，将某些其它元件安装到衬底的上主表面上。然而，在所示的实施例中，衬底的上表面可以仅包含编码器25。
可编程逻辑电路27可以是本技术领域内的熟练技术人员众所周知的许多装置类型中的任何一种。例如，该可编程逻辑电路可以包括含有对编码器产生的信号进行处理的电路系统的专用集成电路(ASIC)。这种电路系统可以包括对编码器信号进行调节或信号波形加工的电路系统，例如信号滤波器。该信号滤波器可以包括领域内的一般技术人员熟悉的反跳电路系统。逻辑电路的该电路系统还包括信号调节器用于识别传动轴的旋转角度和旋转方向，或者用于检测编码器传动轴的速度。响应传动轴的特定旋转运动和轴向运动，该电路系统还可以接入多个功能块。还可以提供其它功能块以使硬件关键功能块或软件关键功能块能够启动或关闭嵌入特性或选项。此外，可编程逻辑电路优选地包括用于编程以完成该电路系统要求的特定任务的存储器。该存储器可以被包含在集成逻辑装置上，也可以是单独的装置。该存储器可以是一次性编程的，也可以是可反复编程的。因此，该存储器包括EPROM装置或EEPROM装置。在特定优选实施例中，将逻辑电路设置在具有嵌入式存储器的诸如减少指令集控制器(ReducedInstruction Set Controller)(RISC型)微处理器的可编程微处理器内。另外，还可以包括可编程逻辑阵列和其它可编程装置。
集成到可编程逻辑电路或微处理器内的是与传统MC14490器件、专用解码逻辑电路以及在本发明之前用单独分立装置实现的其它功能块内的电路系统类似的反跳电路系统。
以这样的方式对可编程逻辑电路27进行编程，即对于编码器25提供的给定输入，为了在输出逆变器29(参考
图1)提供不同输出，可以对可编程逻辑电路如何翻译编码器25输出的信号进行调节。在此说明和描述的集成装置30的优势在于，可以以这样的方式对可编程逻辑电路进行编程，即通过控制编码器25本身的传动轴33，可以对可编程逻辑电路进行重新编程。例如，可以以这样的方式对可编程逻辑电路进行编程，即在某些运行方式下，编码器25可以响应于具体控制传动轴33产生的信号改变可编程逻辑电路的特性，例如选择运行方式、或调节信号处理功能块的特定性能特性。
利用表面贴装技术，优选地将可编程逻辑电路或微处理器27安装在衬底31的下主表面上。表面贴装技术消除了电引脚通过衬底的凸出。与这种表面贴装技术结合使用具有多层嵌入式电路系统的多层衬底，以将电子装置安装到衬底板的两侧。因此，位于电路板衬底下主表面上的电路系统包括面安装垫(未示出)。这样，就可以将编码器25和可编程逻辑电路27安装在单个电路板衬底31相反两侧的主表面上。
可以将附加电子装置45安装在电路板衬底31的下主表面上。例如，如果不将监测电源保护功能块和输出逆变器功能块集成到可编程逻辑电路27内，可以将实现这些功能的装置单独安装到电路板衬底31的下表面上。
集成数字编码器装置30包括多个输入与输出引脚47。输入与输出引脚47从电路板衬底31一侧的水平部分49垂直伸出。在图2至图5所示的说明性实施例中，输入与输出引脚37是与要安装的各种外部装置实现电连接的细长垂直金属柱。可以将在安装在电路板衬底31上的输入与输出引脚47、可编程逻辑电路27、数字编码器25以及其它电路元件45之间导通功率和信号的电路系统设置在电路板衬底的任何一个主表面上。在电路板衬底上形成这种电路系统的过程为领域内的一般技术人员所熟知。领域内的一般技术人员还知道，还可以在该电路板衬底上设置其它形式的输入与输出接触点。
数字编码器可以应用于各种应用中。常见应用是诸如收音机之类音频装置中的音量控制，在该音频装置中，将传动轴33的旋转位置转换为特定音量电平。在此应用中，绝对编码器最适合，其中传动轴33的特定旋转位置始终与诸如指定特定音量电平的特定信号相关。在许多这种应用中，传动轴33还用作音频装置的接通/断开开关。例如，在轴向简单按下传动轴33可以接通或断开音频装置。在变换应用中，在不同环境下按下编码器25的传动轴33会产生不同结果。例如，按下传动轴33，然后在短时间内释放传动轴33可以用作接通/断开开关，或者在不同运行方式之间转换该装置，然而如果长时间周期使该传动轴保持按下位置，则访问用户可以选择的选项菜单。因此，单旋转控件对多个功能提供菜单访问，不需要多个单独控件。例如，可以根据本发明对音频装置上的单旋转控件进行编程以对高音和低音控制、均衡和音量减弱以及接通/断开电源和音量等提供控制。利用包括在集成编码器装置30内的可编程逻辑电路确定根据编码器传动轴33的控制过程设置的功能。
在某些其它应用中，适用相对编码器。相对编码器产生指出回旋轮转轴相对运动的信号。此外，利用集成编码器装置30内的逻辑电路确定所设置的功能。
图6和图7所示的电路图详细示出用于特定应用的根据本发明的集成编码器装置30的两种典型特定装置。
图6所示的装置是马达控制器的脉宽调制器。图6所示的马达控制器脉宽调制器装置包括监测电源保护部件，监测电源保护部件包括功率调节器51、电源滤波器53以及控制器复位器55。旋转数字编码器25将输入数据送到可编程RISC型微处理器27。把可编程微处理器27配置成对编码器25输出的信号进行信号波形加工和处理。将微处理器输出的处理信号输出到输出装置Q1和马达接口元件59。可以将马达(未示出)连接到接口元件59。
编码器25形成在电路板31(如图2所示)的一个表面(例如上表面)上，而将可编程微处理器27和其它电路元件安装在电路板的另一个表面上(例如下表面)。将各元件之间的连接电路系统形成在电路板31的该表面上或中间层上。接触引脚P1、P2、P3、P4和P5连接到输入与输出引脚，例如图2至图5所示实施例中的输入与输出引脚47。领域内的一般技术人员会理解，利用电路板上或内的电路图形(在图6中未示出)，将电压电平VCC和地线分布在不同电路元件上。
如上所述，图1的原理图示出的集成装置通过电源输入端21接收电能。监测电源保护部件确保将适当功率电平送到装置的其它元件、消除电源中的高频噪声、帮助降低窄脉宽电压尖峰以及提供控制器复位功能。
在图6所示的特定装置中，通过接口元件59提供V+电源。例如，该电源可以是+6vdc与+30vdc之间的输入电压。LM3480功率调节器51(或等效物)将V+电源转换为该装置的其它元件要求的TTL或CMOS电平。功率调节器51提供稳定、“清洁”的电压Vcc。可以从包括国家半导体公司在内的许多供应商能力获得LM3480功率调节器。
监测电源保护部件内的电源滤波器53消除电源内可能存在的高频噪声，甚或消除功率调节器输出中的高频噪声。电源滤波器53还有助于防止该装置的电子电路系统承受在诸如汽车工业应用的某些应用中使用的电源内存在的窄脉宽电压尖峰。电容器可以用作电源滤波器。例如，参考图6所示的特定应用，电容器C3与微处理器功能块的电源输入端相连用作电源滤波器。
控制或复位元件55提供正确启动微处理器的逻辑电路和处理器的能力。在图6所示的特定装置中，控制或复位元件55包括与微处理器27的MCLR/VPP输入端相连的R1和C1形成的R-C网络，并与连接焊盘P3相连。
数字编码器25将编码器传动轴33(如图2所示)的运动响应信号送到微处理器27。图6所示的特定装置引入具有8条信号线的8位格雷码绝对编码器。例如，将编码器设计成与Bourns Inc.Of Riverside，California制造销售的ACE-128接触编码器大致相同。然而，领域内一般技术人员会理解，可以根据所需信息，将不同类型的编码器设计引入集成装置30’。
微处理器27执行被编程在其内的信号处理功能，从而在引脚RC2/CCP1产生输出。微处理器产生的信号进入输出接口Q1，输出接口Q1反过来驱动输出装置59。在图6所示的特定应用中，可以将马达连接到输出装置的引脚6。通过电路板31(如图2所示)，输出装置的引脚6连接到输入与输出引脚47之一，从而与外部实现连接。领域内一般技术人员会理解，输出电路系统内可包括肖特基二极管Q3，用于箝位逆程电压。输出接口Q1、肖特基二极管Q3以及输出装置59共同构成图1所示输出逆变器29。具体的输入与输出功能取决于该装置所参与的应用。本技术领域内的熟练技术人员会理解，可以驱动不同类型的装置，并且还明白可将编码器输出的处理信号应用于不同类型装置的方式。
图7所示的实施在工业标准异步RS232C通信接口63提供适当波形加工与处理信号的外部输出。
图7所示的实施包括监测电源保护部件，该监测电源保护部件包括功率调节器51、电源滤波器53以及控制器复位器55。旋转数字编码器25对可编程RISC型微处理器27提供输入数据。微处理器27还从监测电源保护元件51、55接收电能。把可编程微处理器27设置成对微处理器输出到RS232C通信接口输出装置(或等效物)的信号提供信号波形加工和处理功能。
在此特定实施例中作为RS232C通信接口的电荷泵61的接口提供V+电源。LM3480功率调节器51(或等效物)将V+电源转换为该装置的其它元件所需的TTL或CMOS电平，并提供稳定、“清洁”电压Vcc。监测电源保护部件的电源滤波器消除电源内可能存在的高频噪声，甚或消除功率调节器输出中的高频噪声。电源滤波器还有助于防止该装置的电子电路系统承受在诸如汽车工业应用的某些应用中使用的电源内存在的窄脉宽电压尖峰。电容器C3在此实施例中与功率调节器51的输出端相连起电源滤波器的作用。
控制或复位元件55提供正确启动微处理器的逻辑电路和处理器的能力。在图7所示的特定装置中，控制或复位元件55包括与微处理器27的MCLR/VPP输入端相连的R1和C1形成的R-C网络，并与连接焊盘P3相连。
数字编码器25响应编码器传动轴33(如图2所示)的运动把信号送到微处理器27。例如，图7所示装置的编码器是与Bourns Inc.OfRiverside，California销售的2位格雷码数字接触编码器大致相同的增量编码器。然而，领域内的一般技术人员会理解，可以取决于所需信息，把不同类型的编码器设计引入集成装置。
微处理器27执行被编程在其内的信号处理功能，通过引脚RG4和RG5与异步RS232C通信接口63相连。具体的输入与输出功能依赖于该装置所参与的应用。领域内的一般技术人员会理解，利用RS232C通信接口可以驱动不同类型的装置，并且还可以理解将编码器25输出的处理信号应用于不同类型装置的方式。此外，本技术领域内的熟练技术人员还会理解还可以利用不同类型的通信接口代替RS232C接口。
尽管以上参考特定实施例对本发明进行了说明，但是，显然，根据上述说明，本技术领域内的一般技术人员可以设想对其做许多变更和调整。显然，这些变更和调整属于所附权利要求所述的本发明实质范围。
权利要求
1.一种电子装置，该电子装置包括外壳；编码器，用于把机械运动转换为数字电信号，该编码器具有在其上产生数字电信号的输出端；衬底，具有相对的第一主表面和第二主表面，其中，将编码器安装在衬底的第一主表面上；至少一个可编程电子装置，安装在衬底的第二主表面上，其中该至少一个可编程电子装置与编码器的输出端实现电连接。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中，至少一个可编程电子装置包括被设置用于处理编码器产生的信号的信号处理器。
3.根据权利要求1所述的电子装置，其中，可编程电子装置包括可编程控制器。
4.根据权利要求3所述的电子装置，其中，对可编程控制器进行编程以处理编码器产生的信号；以及此外，还把可编程控制器进行编程，使得编码器产生的电信号可以选择性地改变该可编程控制器执行的信号处理过程。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，该至少一个电子装置包括可编程电子装置，用于实现信号处理功能；以及功率调节器。
6.根据权利要求5所述的电子装置，其中，该至少一个电子装置还包括通信接口电路。
7.一种集成数字电子编码器，该集成数字电子编码器包括衬底，具有大致相对的第一主表面和第二主表面；数字编码器，形成在衬底的第一主表面上，其中该编码器包括传动轴，把该编码器设置成为响应传动轴的运动产生电信号；可编程电子电路系统，安装在衬底的第二主表面上，其中，该电子电路系统与该数字编码器实现电连接。
8.根据权利要求7所述的集成数字电子编码器，其中，把编码器设置成响应于传动轴的旋转运动和轴向运动产生电信号。
9.根据权利要求8所述的集成数字电子编码器，其中，可编程电子电路系统包括被设置为用于对编码器产生的信号进行处理的信号处理器。
10.根据权利要求8所述的集成数字电子编码器，其中，可编程电子装置包括可编程控制器。
11.根据权利要求10所述的集成数字电子编码器，其中，对可编程控制器进行编程以对编码器产生的信号进行处理；以及此外，还以这样的方式对可编程控制器进行编程，即编码器产生的电信号可以选择性地改变该可编程控制器执行的信号处理过程。
12.根据权利要求8所述的集成数字电子编码器，其中，电子电路系统包括可编程电子装置，用于执行信号处理功能；以及监测电源电路系统。
13.根据权利要求12所述的集成数字电子编码器，其中，电子电路系统还包括通信接口电路。
14.根据权利要求8所述的集成数字电子编码器，该集成数字编码器装置还包括封闭数字编码器的外壳。
15.根据权利要求8所述的集成数字电子编码器，其中，电子电路系统表面贴装在衬底的第二主表面上。
16.一种集成数字电子编码器，该集成数字电子编码器包括衬底，具有相对的第一主表面和第二主表面；数字编码器，形成在衬底的第一主表面上，其中，把该编码器设置成响应输入装置的运动产生电信号；以及电子电路系统，安装在衬底上，其中，电子电路系统包括监测电源处理电路系统和对编码器产生的电信号进行处理的逻辑装置，并且其中，至少将一些电子电路系统安装在衬底的第二表面上。
17.根据权利要求16所述的集成数字电子编码器，其中，监测电源处理电路包括功率调节器和电源滤波器。
18.根据权利要求17所述的集成数字电子编码器，其中，电源滤波器包括电容器。
19.根据权利要求16所述的集成数字电子编码器，其中，逻辑装置包括可编程逻辑装置。
20.根据权利要求19所述的集成数字电子编码器，其中，对可编程逻辑装置进行编程以对编码器产生的电信号实现信号处理功能。
21.根据权利要求20所述的电子装置，其中，对可编程逻辑装置进行编程以对编码器产生的信号进行处理；以及此外，还把可编程逻辑装置进行编程，使得编码器产生的电信号可以选择性地改变该可编程逻辑装置执行的信号处理过程。
22.根据权利要求21所述的集成数字电子编码器，其中，电子电路系统还包括通信接口电路。
23.根据权利要求16所述的集成数字电子编码器，其中，电子电路系统是安装在衬底的第二主表面上的表面。
24.一种集成数字电子编码器，该集成数字电子编码器包括印刷电路板，具有大致上相对的第一主表面和第二主表面；数字编码器，形成在衬底的第一主表面上，该数字编码器包括传动轴，可以旋转运动和轴向运动；导电元件，形成在印刷电路板的第一主表面上，用于将传动轴的旋转运动和轴向运动转换为电信号；可编程逻辑装置表面，安装在印刷电路板的第二主表面上，其中，通过印刷电路板，可编程逻辑装置与数字编码器相连，用以接收数字编码器产生的电信号；对可编程逻辑装置进行编程以对数字编码器产生的电信号进行处理；以及监测电源处理电路系统，安装在印刷电路板的第二主表面上用于调节施加在可编程逻辑装置上的电能；以及通信接口电路，安装在印刷电路板的第二主表面上，用于从可编程逻辑装置接收处理信号。
25.根据权利要求24所述的电子装置，其中，对可编程逻辑装置进行编程以对编码器产生的信号进行处理；以及此外，把可编程逻辑装置进行编程，使得编码器产生的电信号可以选择性地改变该可编程逻辑装置执行的信号处理过程。
全文摘要
本发明披露了一种可以将输入装置的机械运动转换为可以应用于特定用途的电信号的集成数字电子编码器。将编码器和有关信号波形加工与处理电路系统作为一个单元一起嵌入以简化组装为特定应用的过程并提高可靠性。集成数字电子编码器包括衬底，具有大致相对的第一主表面和第二主表面；数字编码器，形成在衬底的第一主表面上。编码器包括传动轴，并把该编码器设置为响应传动轴的运动产生电信号。优选地利用表面贴装技术，将电子电路系统安装在衬底的第二主表面上。电子电路系统与数字编码器实现电连接以对编码器产生的信号进行处理。电子电路系统包括可编程逻辑电路，以对集成数字编码器提供多种功能。电子电路系统还包括监测电源电路系统，对送到可编程逻辑电路的功率进行调节；输出电路系统，例如，通信接口。
文档编号H01H19/00GK1427999SQ01809214
公开日2003年7月2日 申请日期2001年5月3日 优先权日2000年5月9日
发明者戴维·B·约翰逊, 迪安·B·蔡尔兹, 詹姆斯·A·埃尔泽, 蒂莫西·A·泰伯 申请人:伯恩斯公司