CN116358619A - 信号误差修调方法、磁性编码器及光学编码器 - Google Patents

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Abstract

本申请属于对磁场信号或光学信号进行检测处理的技术领域，提供了一种信号误差修调方法、磁性编码器及光学编码器，信号误差修调方法包括：将传感器输出的xin和yin输入四点修正模块做如下处理：令xnew=(xin1+xin2)/2，ynew=(yin1+yin2)/2；若yin1≤y0≤yin2，或者yin2≤y0≤yin1，则认为yin穿越了y0；若xnew≤x0，则利用xnew更新xn，若xnew＞x0，则利用xnew更新xp，继而将x0更新为：x0=(xn+xp)/2；若xin1≤x0≤xin2，或者xin2≤x0≤xin1，则认为xin穿越了x0；若ynew≤y0，则利用ynew更新yn，若ynew＞y0，则利用ynew更新yp，继而将y0更新为：y0=(yn+yp)/2；持续采集xin和yin并输入四点修正模块，更新xn、xp、x0、yn、yp、y0、Kx、Ky，并对xin和yin做第一次四点修正：xout=Ky·(xin‑x0)，yout=Kx·(yin‑y0)。本申请可克服传感信号正交误差，可获得较高的角度检测精度。

Description

信号误差修调方法、磁性编码器及光学编码器
技术领域
本申请属于对磁场信号或光学信号进行检测处理的技术领域，更具体地说，是涉及一种信号误差修调方法、磁性编码器及光学编码器。
背景技术
专利文献CN114910112B公开了一种信号误差校正方法，其通过依次校正零点误差和幅值偏差来提高对旋转角度θ的检测精度。根据该专利文献公开的技术方案，需要先获取四个关键值xdet,p、xdet,n、ydet,p和ydet,n，然后做零点误差校正，再获取新的四个关键值xcor,p、xcor,n、ycor,p和ycor,n，然后再做幅值偏差校正。这两组关键值对于零点误差和幅值偏差的校正是非常重要的。该专利文献进一步公开了以“过零点取峰值”的方法来获取这两组关键值。然而，该专利文献公开的技术方案若想获得较高的检测精度，要求传感器输出的第一分量信号和第二分量信号具有较好的正交性。
很多情况下，传感器输出的第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图通常大致呈现为椭圆形，如果两者的正交性较好，则该椭圆形的长轴趋于水平（可参见专利文献CN114910112B的图1），如果两者的正交性较差，则该椭圆形的长轴会与x轴形成一定的夹角。
在高噪声的环境中，或者因为制造工艺的问题，传感器输出的信号往往存在正交误差，即第一分量信号和第二分量信号的正交性较差，两者形成的椭圆形轨迹图的长轴与x轴形成一定的夹角，在这种情况下，专利文献CN114910112B公开的技术方案所能获得的检测精度较差。
所以，有必要提供一种新的信号误差修调方法来解决含有较大正交误差的传感器信号的误差校正的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种信号误差修调方法、磁性编码器及光学编码器，以解决现有技术中存在的正交误差导致传感器信号的误差校正效果较差的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种信号误差修调方法，应用于检测转动件相对于传感器转动的角度θ，其包括：
初始化第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第四寄存器，其中第一寄存器用于寄存xn，第二寄存器用于寄存xp，第三寄存器用于寄存yn，第四寄存器用于寄存yp；
采集传感器输出的第一分量信号和第二分量信号，第一分量信号的采样值为xin，第二分量信号的采样值为yin，将xin和yin输入四点修正模块做如下处理：
xin的两个连续的值为xin1和xin2，yin的两个连续的值为yin1和yin2，xin1与yin1为同时采样所得，xin2与yin2为同时采样所得，令中间变量xnew=(xin1+xin2)/2，ynew=(yin1+yin2)/2；
计算中间变量x0=(xn+xp)/2，y0=(yn+yp)/2；
若yin1≤y0≤yin2，或者yin2≤y0≤yin1，则认为yin穿越了y0；
在yin穿越了y0的情况下，若xnew≤x0，则利用xnew更新xn，若xnew＞x0，则利用xnew更新xp，继而利用最新的xn和xp更新x0；
若xin1≤x0≤xin2，或者xin2≤x0≤xin1，则认为xin穿越了x0；
在xin穿越了x0的情况下，若ynew≤y0，则利用ynew更新yn，若ynew＞y0，则利用ynew更新yp，继而利用最新的yn和yp更新y0；
计算中间变量Kx=(xp-xn)/2，Ky=(yp-yn)/2；
持续采集xin和yin并输入所述四点修正模块，更新xn、xp、x0、yn、yp、y0、Kx、Ky，并对xin和yin做第一次四点修正：
xout= Ky·(xin-x0)，
yout= Kx·(yin-y0)，
其中，xout为第一分量信号的校正值，yout为第二分量信号的校正值。
可选地，初始化时，令xn=xp=yn=yp=0；或者，令xp为第一分量信号的幅值，令xn为第一分量信号的幅值的负数，令yp为第二分量信号的幅值，令yn为第二分量信号的幅值的负数。
可选地，对xin和yin做第一次四点修正时，令：
xout= Ky·(xin-x0)·Kamp，
yout= Kx·(yin-y0) ·Kamp，
其中，Kamp为信号幅值控制系数，用于防止计算过程中数据超过存储单元能记录的最大值而导致数据溢出。
可选地，Kamp的取值与2/(Kx+ Ky)成比例变化，或者，
Kamp=Amax/(Kx·Ky)，Amax=2(M-1)，M为xin或yin的含符号位的二进制位数。
可选地，Kamp=K·2/(Kx+ Ky)，0.5≤K≤1.5。
可选地，所述利用xnew更新xp是通过将xnew和xp输入第一滤波器进行滤波来实现；和/或，
所述利用xnew更新xn是通过将xnew和xn输入第二滤波器进行滤波来实现；和/或，
所述利用ynew更新yp是通过将ynew和yp输入第三滤波器进行滤波来实现；和/或，
所述利用ynew更新yn是通过将ynew和yn输入第四滤波器进行滤波来实现。
可选地，第一滤波器的滤波算法为：xp(i+1)= xp(i)+(xnew-xp(i))/D；和/或，
第二滤波器的滤波算法为：xn(i+1)= xn(i)+(xnew-xn(i))/D；和/或，
第三滤波器的滤波算法为：yp(i+1)= yp(i)+(ynew-yp(i))/D；和/或，
第四滤波器的滤波算法为：yn(i+1)= yn(i)+(ynew-yn(i))/D；
其中，i为自然数，D为体现滤波深度的参数，D≥1。
可选地，D=2FN，FN为对应的滤波器的滤波器深度系数。
可选地，xnew被输入第一滤波器和第二滤波器，ynew被输入第三滤波器和第四滤波器；
若xnew≤x0，则使能第二滤波器，而第一滤波器不工作，若xnew＞x0，则使能第一滤波器，而第二滤波器不工作；
若ynew≤y0，则使能第四滤波器，而第三滤波器不工作，若ynew＞y0，则使能第三滤波器，而第四滤波器不工作。
可选地，在对xin和yin做第一次四点修正之后，将第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图绕坐标原点沿顺时针或逆时针旋转45°。
可选地，在将第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图旋转45°之后，以第一分量信号和第二分量信号的数据作为新的xin和yin输入所述四点修正模块做第二次四点修正。
本申请还提供一种磁性编码器，其包括磁性传感器和信号处理电路，信号处理电路根据上述任何一种信号误差修调方法计算可产生磁场的转动件相对于磁性传感器转动的角度。
本申请还提供一种光学编码器，其包括光学传感器和信号处理电路，信号处理电路根据上述任何一种信号误差修调方法计算转动件相对于光学传感器转动的角度。
本申请提供的信号误差修调方法的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的信号误差修调方法采用的“四点修正方法”可以克服传感器的两个分量信号的正交误差，逐步靠近两个分量信号形成的轨迹图的中心，求取较为可靠的四个关键值，从而做较为准确的零点误差校正，有利于获得较高的角度检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1（a）示出了本申请实施例提供的第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图的状态一。
图1（b）示出了本申请实施例提供的第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图的状态二。
图1（c）示出了本申请实施例提供的第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图的状态三。
图1（d）示出了本申请实施例提供的第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图的状态四。
图1（e）示出了本申请实施例提供的第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图的状态五。
图2（a）示出了本申请实施例提供的根据“四点修正方法”寻找椭圆形轨迹图的中心的过程状态一。
图2（b）示出了本申请实施例提供的根据“四点修正方法”寻找椭圆形轨迹图的中心的过程状态二。
图2（c）示出了本申请实施例提供的根据“四点修正方法”寻找椭圆形轨迹图的中心的过程状态三。
图2（d）示出了本申请实施例提供的根据“四点修正方法”寻找椭圆形轨迹图的中心的过程状态四。
图3为本申请实施例提供的四点修正模块的数字电路示意图。
图4为本申请实施例提供的信号误差修调方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请提出了一种磁性编码器，其包括磁性传感器和信号处理电路，所述磁性传感器检测由所述磁性传感器与磁介质之间的相对运动而在所述磁性传感器处产生的变化磁场，并输出表征磁场的第一分量信号和第二分量信号，所述信号处理电路根据信号误差修调方法计算磁介质相对于所述磁性传感器转动的角度θ。在一些示例中，第一分量信号和第二分量信号分别是正弦信号和余弦信号，或者第一分量信号和第二分量信号分别是余弦信号和正弦信号。作为示例，本申请的磁性编码器的结构和基本原理亦可参考专利文献CN114216486A公开的磁性编码器。
磁介质可以是可产生磁场的任何磁性材料，例如磁铁。磁介质可以作为转动件的一个示例。
磁性编码器通过磁性传感器检测变化的磁信号，并且将检测的磁信号提供给信号处理电路。磁性传感器可以是磁阻效应传感器、霍尔效应传感器等能够检测变化的磁信号的磁性编码器。磁性传感器可以呈现为封装好的芯片，也可以呈现为芯片内部的结构。在一些示例中，磁性传感器和信号处理电路可以一起集成于同一个芯片，而该芯片可称为磁性编码器，简称磁编。在另一些示例中，磁性编码器可以呈现为PCBA，而磁性传感器和信号处理电路为该PCBA上的电路器件。
本申请提供的磁性传感器可参考专利文献CN114459511A的图4所公开的电路结构，其通过两个惠斯通电桥分别输出第一分量信号和第二分量信号。
也可参考专利文献CN114216486A的图1、图2和图3及其对应的说明书内容来理解本申请提供的磁性传感器和磁性编码器。
本申请提出了一种光学编码器，其包括光学传感器和信号处理电路，信号处理电路根据信号误差修调方法计算转动件相对于光学传感器转动的角度。所述光学编码器的结构和布置方式可参考本申请提供的磁性编码器的方案，也可参考现有的通常与伺服电机配套使用的光编码器的方案。
至于本申请提出的信号误差修调方法，以下主要通过与专利文献CN114910112B的对比来作出说明。
值得注意的是，所述信号误差修调方法不仅适用于磁性编码器和光学编码器，还可以适用于其他任何可检测转动件的转动角度的编码器，例如基于电容、电感或电阻变化的角度传感器。
专利文献CN114910112B公开的信号误差校正方法，假设传感器输出的第一分量信号和第二分量信号彼此正交，即忽略了两个分量信号的正交误差，这对于噪声较小的应用环境来说，这种信号误差校正方法也是可行的，而且与本申请相比，其涉及的数据计算相对较简单，整体运算速度较快，也是有比较好的市场应用前景的。
对于环境噪声较大、检测精度或可靠性要求较高的应用场景，不能忽略两个分量信号的正交误差，则有必要采用本申请提出的信号误差修调方法。
为了获得优异的运算速度，本申请的一个实施例应用了硬件描述语言，所述信号误差修调方法可以通过硬件描述语言实现数据的运算。可以理解的是，所述信号误差修调方法也可以通过其他方式来实现数据的运算。本申请应用的硬件描述语言可以是VHDL（Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language），也可以是Verilog HDL 、SystemVerilog、SystemC等其它硬件描述语言（HDL）。与微处理器MCU相比，硬件描述语言具有运算速度快的显著优点。就数学计算而言，硬件描述语言实现加法和减法的计算速度是非常快的，但实现复杂的乘法或除法的计算速度较慢，其中除法的计算速度又慢于乘法，所以本申请尽量避免复杂的除法计算。此外值得注意的是，硬件描述语言在计算时，2的指数次幂的乘除法使用移位运算来实现，所以2的指数次幂的乘除法的计算速度也是比较快的。
本申请提出的信号误差修调方法包括以下步骤：
初始化第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第四寄存器，其中第一寄存器用于寄存xn，第二寄存器用于寄存xp，第三寄存器用于寄存yn，第四寄存器用于寄存yp；
采集传感器输出的第一分量信号和第二分量信号，第一分量信号的采样值为xin，第二分量信号的采样值为yin，将xin和yin输入四点修正模块做如下处理：
xin的两个连续的值为xin1和xin2，yin的两个连续的值为yin1和yin2，xin1与yin1为同时采样所得，xin2与yin2为同时采样所得，令中间变量xnew=(xin1+xin2)/2，ynew=(yin1+yin2)/2；
计算中间变量x0=(xn+xp)/2，y0=(yn+yp)/2；
若yin1≤y0≤yin2，或者yin2≤y0≤yin1，则认为yin穿越了y0；
在yin穿越了y0的情况下，若xnew≤x0，则利用xnew更新xn，若xnew＞x0，则利用xnew更新xp，继而利用最新的xn和xp更新x0；
若xin1≤x0≤xin2，或者xin2≤x0≤xin1，则认为xin穿越了x0；
在xin穿越了x0的情况下，若ynew≤y0，则利用ynew更新yn，若ynew＞y0，则利用ynew更新yp，继而利用最新的yn和yp更新y0；
计算中间变量Kx=(xp-xn)/2，Ky=(yp-yn)/2；
持续采集xin和yin并输入所述四点修正模块，更新xn、xp、x0、yn、yp、y0、Kx、Ky，并对xin和yin做第一次四点修正：
xout= Ky·(xin-x0)，
yout= Kx·(yin-y0)，
其中，xout为第一分量信号的校正值，yout为第二分量信号的校正值。
请参阅图1，图1示出了第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图的五种不同状态。
其中，图1（a）示出了有零点误差、有幅值误差、有正交误差的轨迹图，轨迹图呈现为椭圆，中心偏离坐标原点，椭圆的长轴与x轴形成一定的夹角。
图1（b）示出了没有零点误差、有幅值误差、有正交误差的轨迹图，轨迹图呈现为椭圆，中心位于坐标原点，椭圆的长轴与x轴形成一定的夹角。
图1（c）示出了没有零点误差、有幅值误差、没有正交误差的轨迹图，轨迹图呈现为椭圆，中心位于坐标原点，椭圆的长轴与x轴平行。
图1（d）示出了有零点误差、没有幅值误差、没有正交误差的轨迹图，轨迹图呈现为正圆，中心偏离坐标原点。
图1（e）示出了理想状态下没有零点误差、没有幅值误差、没有正交误差的轨迹图，轨迹图呈现为正圆，中心位于坐标原点。
在高噪声的环境中，在校正之前，第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图如图1（a）所示。在采用本申请提供的信号误差修调方法对信号误差进行校正的过程中，轨迹图大致沿着图1所示的（a）-（b）-（c）/（d）-（e）的路径变化。
为了便于描述，本文把将xin和yin输入四点修正模块做的处理称为“四点修正”，对应的方法称为“四点修正方法”。
第一次四点修正之后，减小了零点误差，轨迹图由图1（a）变化为图1（b），此时轨迹图可能还是大致呈椭圆，但中心离坐标原点比较近。
本申请提供的信号误差修调方法的有益效果在于：与现有技术相比，本申请的信号误差修调方法采用的“四点修正方法”可以克服传感器的两个分量信号的正交误差，逐步靠近两个分量信号形成的轨迹图的中心，求取较为可靠的四个关键值，从而做较为准确的零点误差校正，有利于获得较高的角度检测精度。
请参阅图2，图2示出了根据“四点修正方法”寻找椭圆形轨迹图的中心的过程。
请参阅图2（a），在初始状态，令xn=xp=x0，yn=yp=y0。初始化的（x0，y0）可以是椭圆内的任一点。例如，初始化各个寄存器时，令xn=xp=yn=yp=0，即x0=y0=0，（x0，y0）为坐标原点。初始化时，还可以令xp约为第一分量信号的幅值，令xn约为第一分量信号的幅值的负数，令yp约为第二分量信号的幅值，令yn约为第二分量信号的幅值的负数，即x0约为第一分量信号的幅值，y0约为第二分量信号的幅值，则（x0，y0）靠近或重合于椭圆的轨迹。由此，有利于令（x0，y0）快速接近椭圆的中心。（xnew，ynew）可视为随着采样进度而在轨迹图上变化的点（假设沿顺时针移动）。
请参阅图2（b），随着采样进度而出现了yin1≤y0≤yin2，或者yin2≤y0≤yin1，此时认为yin穿越了y0，（xnew，ynew）为直线y=y0与椭圆的左侧交点。xp不变，而利用xnew更新xn。理想化地，可以令xn=xnew，计算最为简单。优选地，利用xnew更新xn是通过将xnew和xn输入第二滤波器进行滤波来实现。对于噪声较大的应用环境，xin和yin的跳动很大，（xnew，ynew）的跳动也比较大，若直接令xn=xnew，则可能得到不可靠的检测结果。有必要令xn平缓地变化以得到较可靠的检测结果，这可通过将xnew和xn输入第二滤波器进行滤波来实现。优选地，第二滤波器的滤波算法为：xn(i+1)= xn(i)+(xnew-xn(i))/D；其中，i为自然数，D为体现滤波深度的参数，D≥1。优选地，D=2FN，FN为对应的滤波器的滤波器深度系数，由此可以便于数字电路的计算，提高数据处理效率。根据xp和新的xn计算出新的x0：x0=(xn+xp)/2。此时，直线x=x0更靠近椭圆中心了。
请参阅图2（c），随着采样进度而出现了xin1≤x0≤xin2，或者xin2≤x0≤xin1，此时认为xin穿越了x0，（xnew，ynew）为直线x=x0与椭圆的上侧交点。yn不变，而利用ynew更新yp。理想化地，可以令yp=ynew，计算最为简单。优选地，利用ynew更新yp是通过将ynew和yp输入第三滤波器进行滤波来实现。对于噪声较大的应用环境，xin和yin的跳动很大，（xnew，ynew）的跳动也比较大，若直接令yp=ynew，则可能得到不可靠的检测结果。有必要令yp平缓地变化以得到较可靠的检测结果，这可通过将ynew和yp输入第三滤波器进行滤波来实现。优选地，第三滤波器的滤波算法为：yp(i+1)= yp(i)+(ynew-yp(i))/D。优选地，D=2FN。根据yn和新的yp计算出新的y0：y0=(yn+yp)/2。此时，直线y=y0更靠近椭圆中心了。
随着采样进度会再次出现yin穿越y0，（xnew，ynew）为直线y=y0与椭圆的右侧交点。xn不变，而利用xnew更新xp。优选地，利用xnew更新xp是通过将xnew和xp输入第一滤波器进行滤波来实现。优选地，第一滤波器的滤波算法为：xp(i+1)= xp(i)+(xnew-xp(i))/D。优选地，D=2FN。根据xn和新的xp计算出新的x0：x0=(xn+xp)/2。此时，直线x=x0更靠近椭圆中心了。
随着采样进度会再次出现xin穿越x0，（xnew，ynew）为直线x=x0与椭圆的下侧交点。yp不变，而利用ynew更新yn。优选地，利用ynew更新yn是通过将ynew和yn输入第四滤波器进行滤波来实现。优选地，第四滤波器的滤波算法为：yn(i+1)= yn(i)+(ynew-yn(i))/D。优选地，D=2FN。根据yp和新的yn计算出新的y0：y0=(yn+yp)/2。此时，直线y=y0更靠近椭圆中心了。
请参阅图2（d），（x0，y0）逐渐靠近轨迹图中心。
更新Kx：Kx=(xp-xn)/2；
更新Ky：Ky=(yp-yn)/2。
对xin和yin做四点修正：
xout= Ky·(xin-x0)，
yout= Kx·(yin-y0)，
由此，可以减小零点误差。
循环计算若干次，（x0，y0）越来越靠近轨迹图中心，也越来越靠近坐标原点，零点误差越来越小，从而实现在有正交误差的情况下对零点误差的校正，获得较高的检测精度。
此外，对xin和yin做第一次四点修正时，还可以令：
xout= Ky·(xin-x0)·Kamp，
yout= Kx·(yin-y0) ·Kamp，
其中，Kamp为信号幅值控制系数，用于防止计算过程中数据超过存储单元能记录的最大值而导致数据溢出。
进一步地，Kamp的取值与2/(Kx+ Ky)成比例变化，或者，
Kamp=Amax/(Kx·Ky)，Amax=2(M-1)，M为xin或yin的含符号位的二进制位数。
Kamp可以用来控制信号的强度。Kamp在一定的范围内变化，例如0.0001≤Kamp≤1，变化范围与信号的强度有关。
在一些示例中，Kamp的取值与2/(Kx+ Ky)成比例变化，使得在数字存储时, xout 和yout 不会发生溢出 也不会变化幅度太小。例如Kamp=K·2/(Kx+ Ky)，K为调整系数。优选地，0.5≤K≤1.5。
在另一些示例中，Kamp=Amax/(Kx·Ky)，Amax=2(M-1)，M为xin或yin的含符号位的二进制位数。Amax 可以表征输入信号允许的最大溢出值。例如，用8位二进制有符号数表示xin、yin、xout 和 yout， 即M=8，数值范围是-128 到 127, 超过这个范围, 数字就没有办法表示（溢出了）。
请参阅图3，可以使用图3所示的数字电路实现“四点修正方法”。
将xin和yin输入穿越检测模块，穿越检测模块判断xin是否穿越x0，yin是否穿越y0。穿越检测模块可输出使能信号ena_xp、ena_xn、ena_yp、ena_yn，分别控制第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器是否使能。穿越检测模块还可输出xnew至第一滤波器和第二滤波器，输出ynew至第三滤波器和第四滤波器。
若xnew≤x0，则使能第二滤波器，而第一滤波器不工作，若xnew＞x0，则使能第一滤波器，而第二滤波器不工作；
若ynew≤y0，则使能第四滤波器，而第三滤波器不工作，若ynew＞y0，则使能第三滤波器，而第四滤波器不工作。
第一滤波器在使能的状态下，输出新的xp至第二寄存器以更新xp。
第二滤波器在使能的状态下，输出新的xn至第一寄存器以更新xn。
第三滤波器在使能的状态下，输出新的yp至第四寄存器以更新yp。
第四滤波器在使能的状态下，输出新的yn至第三寄存器以更新yn。
新的xn和xp被用于计算x0和kx。
新的yn和yp被用于计算y0和ky。
新的x0和y0又被输送至穿越检测模块，用于判断xin是否穿越x0，yin是否穿越y0。
新的x0、y0、kx、ky还被用于校正xin和yin，从而得到xout和yout。xout和yout又可作为新的xin和yin输入至穿越检测模块，以此循环计算。
四个滤波器可以采用相同的滤波器，例如均采用利于硬件实现的最简一阶IIR滤波器。滤波器深度系数FN一般取整数，数值越大， 滤波器越稳定。
请参阅图4，以磁性编码器为例，磁性传感器输出两个分量信号xa和ya，xa和ya经过ADC转换变为xb和yb，xb和yb分别对应上述的xin和yin，xb和yb经过第一次四点修正后成为xc和yc，将xc和yc形成的轨迹图旋转45度而成为xd和yd，xd和yd又可作为xin和yin输入四点修正模块做第二次四点修正，最终输出xe和ye。xe和ye可以作为对两个分量信号的误差校正结果，经过现有的角度提取方法可以获得角度θ。角度提取方法可以是CORDIC算法，也可以参考专利文献CN114370814A公开的角度提取电路，通过该角度提取电路获得角度θ。
也即，在对xin和yin做第一次四点修正之后，将第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图绕坐标原点沿顺时针或逆时针旋转45°。在将第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图旋转45°之后，以第一分量信号和第二分量信号的数据作为新的xin和yin输入四点修正模块做第二次四点修正。
将轨迹图旋转45度，相当于轨迹图由图1（b）变为图1（c），可以将正交误差转换为幅值误差，则再做四点修正可以更好地祛除零点误差和幅值误差，从而获得更精确的角度θ。
将轨迹图旋转45度，可以通过以下计算来实现。
包含各种误差的信号表达式为：
Figure SMS_1
；
其中，△θ是正交误差的一半，△y和△x是两个分量信号的零点误差，ny和nx是数学期望为0的随机变量，代表两个分量信号上的噪声。
经过第一次四点修正后得到：
Figure SMS_2
Figure SMS_3
；
其中，Kc=kx· ky，或者Kc=kamp· kx· ky。
将xc、yc的函数关系，在x/y图上轨迹图围绕坐标原点逆时针旋转45°，进行线性变化，得到：
Figure SMS_4
即
Figure SMS_5
；
其中，
Figure SMS_6
。
将轨迹图旋转45度的数学计算也可看作现有的数学方法。
本申请提供的磁性编码器和光学编码器，因为采用了可克服正交误差的信号误差修调方法，所以可应用在高噪声的环境中，具有较高的角度检测精度。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种信号误差修调方法，应用于检测转动件相对于传感器转动的角度θ，其特征在于，包括：
初始化第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第四寄存器，其中第一寄存器用于寄存xn，第二寄存器用于寄存xp，第三寄存器用于寄存yn，第四寄存器用于寄存yp；
采集传感器输出的第一分量信号和第二分量信号，第一分量信号的采样值为xin，第二分量信号的采样值为yin，将xin和yin输入四点修正模块做如下处理：
xin的两个连续的值为xin1和xin2，yin的两个连续的值为yin1和yin2，xin1与yin1为同时采样所得，xin2与yin2为同时采样所得，令中间变量xnew=(xin1+xin2)/2，ynew=(yin1+yin2)/2；
计算中间变量x0=(xn+xp)/2，y0=(yn+yp)/2；
若yin1≤y0≤yin2，或者yin2≤y0≤yin1，则认为yin穿越了y0；
在yin穿越了y0的情况下，若xnew≤x0，则利用xnew更新xn，若xnew＞x0，则利用xnew更新xp，继而利用最新的xn和xp更新x0；
若xin1≤x0≤xin2，或者xin2≤x0≤xin1，则认为xin穿越了x0；
在xin穿越了x0的情况下，若ynew≤y0，则利用ynew更新yn，若ynew＞y0，则利用ynew更新yp，继而利用最新的yn和yp更新y0；
计算中间变量Kx=(xp-xn)/2，Ky=(yp-yn)/2；
持续采集xin和yin并输入所述四点修正模块，更新xn、xp、x0、yn、yp、y0、Kx、Ky，并对xin和yin做第一次四点修正：
xout= Ky·(xin-x0)，
yout= Kx·(yin-y0)，
其中，xout为第一分量信号的校正值，yout为第二分量信号的校正值。
2.如权利要求1所述的信号误差修调方法，其特征在于：
初始化时，令xn=xp=yn=yp=0；或者，令xp为第一分量信号的幅值，令xn为第一分量信号的幅值的负数，令yp为第二分量信号的幅值，令yn为第二分量信号的幅值的负数。
3.如权利要求1所述的信号误差修调方法，其特征在于：
对xin和yin做第一次四点修正时，令：
xout= Ky·(xin-x0)·Kamp，
yout= Kx·(yin-y0) ·Kamp，
其中，Kamp为信号幅值控制系数，用于防止计算过程中数据超过存储单元能记录的最大值而导致数据溢出。
4.如权利要求3所述的信号误差修调方法，其特征在于：
Kamp的取值与2/(Kx+ Ky)成比例变化，或者，
Kamp=Amax/(Kx·Ky)，Amax=2(M-1)，M为xin或yin的含符号位的二进制位数。
5.如权利要求4所述的信号误差修调方法，其特征在于：
Kamp=K·2/(Kx+ Ky)，0.5≤K≤1.5。
6.如权利要求1所述的信号误差修调方法，其特征在于：
所述利用xnew更新xp是通过将xnew和xp输入第一滤波器进行滤波来实现；和/或，
所述利用xnew更新xn是通过将xnew和xn输入第二滤波器进行滤波来实现；和/或，
所述利用ynew更新yp是通过将ynew和yp输入第三滤波器进行滤波来实现；和/或，
所述利用ynew更新yn是通过将ynew和yn输入第四滤波器进行滤波来实现。
7.如权利要求6所述的信号误差修调方法，其特征在于：
第一滤波器的滤波算法为：xp(i+1)= xp(i)+(xnew-xp(i))/D；和/或，
第二滤波器的滤波算法为：xn(i+1)= xn(i)+(xnew-xn(i))/D；和/或，
第三滤波器的滤波算法为：yp(i+1)= yp(i)+(ynew-yp(i))/D；和/或，
第四滤波器的滤波算法为：yn(i+1)= yn(i)+(ynew-yn(i))/D；
其中，i为自然数，D为体现滤波深度的参数，D≥1。
8.如权利要求7所述的信号误差修调方法，其特征在于：
D=2FN，FN为对应的滤波器的滤波器深度系数。
9.如权利要求6所述的信号误差修调方法，其特征在于：
xnew被输入第一滤波器和第二滤波器，ynew被输入第三滤波器和第四滤波器；
若xnew≤x0，则使能第二滤波器，而第一滤波器不工作，若xnew＞x0，则使能第一滤波器，而第二滤波器不工作；
若ynew≤y0，则使能第四滤波器，而第三滤波器不工作，若ynew＞y0，则使能第三滤波器，而第四滤波器不工作。
10.如权利要求1至9任一项所述的信号误差修调方法，其特征在于：
在对xin和yin做第一次四点修正之后，将第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图绕坐标原点沿顺时针或逆时针旋转45°。
11.如权利要求10所述的信号误差修调方法，其特征在于：
在将第一分量信号和第二分量信号形成的轨迹图旋转45°之后，以第一分量信号和第二分量信号的数据作为新的xin和yin输入所述四点修正模块做第二次四点修正。
12.一种磁性编码器，其特征在于：
所述磁性编码器包括磁性传感器和信号处理电路，信号处理电路根据权利要求1至11任一项所述的信号误差修调方法计算可产生磁场的转动件相对于磁性传感器转动的角度。
13.一种光学编码器，其特征在于：
所述光学编码器包括光学传感器和信号处理电路，信号处理电路根据权利要求1至11任一项所述的信号误差修调方法计算转动件相对于光学传感器转动的角度。
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