淺談增量編碼器的A/B輸出的波形

增量編碼器碼盤是由很多光柵刻線組成的，有兩個(gè)（或4個(gè),以后討論4個(gè)光眼的）光眼讀取A,B信號的，刻線的密度決定了這個(gè)增量型編碼器的分辨率， 也就是可以分辨讀取的最小變化角度值。代表增量編碼器的分辨率的參數(shù)是PPR,也就是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，例如每圈刻線360線,A，B每圈各輸出360個(gè)脈沖， 分辨率參數(shù)就是360PPR。

那么這個(gè)編碼器可分辨的最小角度變化量是多少度呢？就是1度嗎？

增量編碼器的A/B輸出的波形一般有兩種，一種是有陡直上升沿和陡直下降沿的方波信號，一種是緩慢上升與下降，波形類似正弦曲線的Sin/Cos曲線波形信號輸出，A與B相差1/4T周期90度相位，如果A是類正弦Sin曲線，那B就是類余弦Cos曲線。

對 于方波信號，A,B兩相相差90度相（1/4T），這樣，在0度相位角，90度，180度，270度相位角,這四個(gè)位置有上升沿和下降沿，這樣,實(shí)際上在 1/4T方波周期就可以有角度變化的判斷，這樣1/4的T周期就是最小測量步距，通過電路對于這些上升沿與下降沿的判斷,可以4倍于PPR讀取角度的變 化,這就是方波的四倍頻。這種判斷，也可以用邏輯來做，0代表低，1代表高，A/B兩相在一個(gè)周期內(nèi)變化是0 0，0 1，1 1，1 0 。這種判斷不僅可以4倍頻，還可以判斷旋轉(zhuǎn)方向。

那么，方波信號的最小分辨角度=360度/(4xPPR)。

前面的問題：一個(gè)方波A/B輸出360PPR的增量編碼器，最小分辨角度=0.25度。

嚴(yán)格地講，方波最高只能做4倍頻，雖然有人用時(shí)差法可以分的更細(xì)，但那基本不是增量編碼器推薦的，更高的分頻要用增量脈沖信號是SIN/COS類正余弦的信 號來做，后續(xù)電路可通過讀取波形相位的變化，用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路來細(xì)分，5倍、10倍、20倍，甚至100倍以上，分好后再以方波波形輸出（PPR）。分頻的 倍數(shù)實(shí)際是有限制的，首先，模數(shù)轉(zhuǎn)換有時(shí)間響應(yīng)問題，模數(shù)轉(zhuǎn)換的速度與分辨的精確度是一對矛盾，不可能無限細(xì)分，分的過細(xì)，響應(yīng)與精準(zhǔn)度就有問題；其次， 原編碼器的刻線精度，輸出的類正余弦信號本身一致性、波形完美度是有限的，分的過細(xì)，只會(huì)把原來碼盤的誤差暴露得更明顯，而帶來誤差。細(xì)分做起來容易，但 要做好卻很難，其一方面取決于原始碼盤的刻線精度與輸出波形完美度，另一方面取決于細(xì)分電路的響應(yīng)速度與分辨精準(zhǔn)度。例如，德國海德漢的工業(yè)編碼器，推薦 的最佳細(xì)分是20倍，更高的細(xì)分是其推薦的精度更高的角度編碼器，但旋轉(zhuǎn)的速度是很低的。

一個(gè)增量編碼器細(xì)分后輸出A/B/Z方波的，還可以再次4倍頻，但是請注意，細(xì)分對于編碼器的旋轉(zhuǎn)速度是有要求的，一般都較低。另外，如原始碼盤的刻線精度不高、波形不完美，或細(xì)分電路本身的限制，細(xì)分也許會(huì)波形嚴(yán)重失真，大小步，丟步等，選用及使用時(shí)需注意。

前面的問題：一個(gè)正余弦A/B輸出360PPR的增量編碼器，最小分辨角度可能是0.01度（如果25倍分頻，且原始碼盤精度有保證）。

有些增量編碼器，其原始刻線可以是2048線（2的11次方，11位），通過16倍（4位）細(xì)分，得到15位PPR ,再次4倍頻(2位)，得到了17位(Bit)的分辨率，這就是有些日系編碼器的17位高位數(shù)編碼器的得來了，它一般就用“位,Bit”來表達(dá)分辨率了。這種日系的編碼器在較快速度時(shí)，內(nèi)部仍然要用未細(xì)分的低位信號來處理輸出的，要不然響應(yīng)就跟不上了，所以不要被它的“17位”迷惑了。

編輯：黃飛

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