電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）作為伺服系統(tǒng)中最關(guān)鍵的零部件之一，編碼器一直以來(lái)扮演著能夠決定伺服系統(tǒng)上限的重要角色。編碼器本質(zhì)上其實(shí)也是一種傳感器，測(cè)量旋轉(zhuǎn)或者位移，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)用于確定位置、計(jì)數(shù)、速度或方向。

編碼器根據(jù)不同檢測(cè)技術(shù)路線(xiàn)的可以分出很多類(lèi)別，如光電式、磁電式、電容式、電感以及電渦流式等等，也可以將其簡(jiǎn)單地按照運(yùn)動(dòng)方式分為線(xiàn)性和旋轉(zhuǎn)式編碼器。

編碼器的關(guān)鍵分類(lèi)，增量與絕對(duì)信號(hào)

不管使用光電檢測(cè)還是磁性檢測(cè)來(lái)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)或者直線(xiàn)位移，編碼器都可以用增量式和絕對(duì)值式加以嚴(yán)格的區(qū)分。兩種類(lèi)型的編碼器總體結(jié)構(gòu)上是比較類(lèi)似的，無(wú)外乎使用碼盤(pán)、檢測(cè)裝置和放大整形電路組成，但是，二者具體的碼盤(pán)結(jié)構(gòu)和輸出信號(hào)則完全不同。

概括來(lái)說(shuō)，編碼器可以產(chǎn)生增量信號(hào)或絕對(duì)信號(hào)，增量信號(hào)不表示特定位置，只表示位置已更改，絕對(duì)信號(hào)既能表示位置的已更改也能提供絕對(duì)位置指示。

增量式編碼器有A、B、Z三個(gè)信號(hào)通道，A與B信號(hào)的脈沖誤差90°，Z為零位信號(hào)，也就是每轉(zhuǎn)一圈只有一個(gè)Z信號(hào)。增量式編碼器的分辨率通過(guò)每轉(zhuǎn)多少脈沖表示。增量式編碼器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，成本也很低，但是很通用，能覆蓋很廣的測(cè)量范圍，而且分辨率高，適合高精度閉環(huán)應(yīng)用。但是增量式編碼器斷電后，位置信號(hào)會(huì)丟失，抗干擾性能也相對(duì)較弱。

絕對(duì)值編碼器如果應(yīng)用在角度等往復(fù)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，則使用高分子材料或者玻璃制成的格雷碼。絕對(duì)值編碼器的分辨率和碼盤(pán)位數(shù)有關(guān)。在單圈測(cè)量中，絕對(duì)值編碼器能夠在每一個(gè)角度位置輸出一個(gè)唯一的信號(hào)，在多圈測(cè)量中，絕對(duì)編碼器能夠在每一圈每一個(gè)位置輸出唯一的信號(hào)。絕對(duì)值編碼器即便掉電，編碼數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)其結(jié)構(gòu)和處理電路就復(fù)雜很多，價(jià)格也高出不少。

光電編碼器通過(guò)工藝革新升級(jí)性能


光電式編碼器比磁電式編碼器出現(xiàn)的時(shí)間早很多，雖然現(xiàn)在市面上大多聽(tīng)到的都是磁電式編碼器這個(gè)后起之秀更新迭代的信息，但是高工藝水平下的光電式編碼器可以實(shí)現(xiàn)更高精密的測(cè)量。

提高光電編碼器的精度和分辨率最簡(jiǎn)單的辦法就是增加碼道的數(shù)量，一是加大碼盤(pán)尺寸，二是縮小碼道寬度，加大碼盤(pán)在現(xiàn)今小型化趨勢(shì)下顯然不可取，縮小碼道寬度又會(huì)讓工藝難度直線(xiàn)上升。

目前有一種通孔加工技術(shù)使用MEMS工藝，在PD芯片上形成通孔，將特種LED置于其中，實(shí)現(xiàn)LED與PD芯片級(jí)的合二為一。通過(guò)調(diào)節(jié)PD芯片的厚度，能使LED的高度與PD感光區(qū)域的高度保持一致，極大提高分辨率。

柵刻劃制作技術(shù)也是一項(xiàng)光電編碼器廠商核心實(shí)力的體現(xiàn)，國(guó)內(nèi)禹衡的柵刻劃制作技術(shù)在線(xiàn)條均勻性、線(xiàn)條準(zhǔn)直性、光柵精度在中端市場(chǎng)受到廣泛認(rèn)可，目前絕對(duì)位數(shù)最高已經(jīng)可以做到29 bit。

不少?gòu)S商開(kāi)始通過(guò)實(shí)現(xiàn)PD與外圍電路的一體化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)特殊的降低噪聲的電路結(jié)構(gòu)等方式，讓器件更加易于使用，并發(fā)揮出更好的性能，或者改進(jìn)芯片晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電流限制型LED更高的可靠性，核心工藝的革新持續(xù)升級(jí)著光電編碼器的性能。

磁編碼芯片的性能突破

磁編碼器技術(shù)的推進(jìn)在耐用性上大大超過(guò)了光電編碼，磁編碼器中最重要的無(wú)疑是其中的編碼器芯片。像ICHAUS、BROADCOM、AMS、英飛凌等這些廠商都能為編碼器提供ASIC級(jí)整體解決方案，有專(zhuān)用的感應(yīng)芯片和解碼芯片等等。

AMS在磁編碼芯片中就集成了動(dòng)態(tài)角度誤差補(bǔ)償DAEC技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速下的零延遲檢測(cè)，在低轉(zhuǎn)速下，則使用動(dòng)態(tài)濾波DFS降低轉(zhuǎn)換噪聲。Melexis磁編碼則可以通過(guò)單個(gè)傳感器實(shí)現(xiàn)高精度三軸磁場(chǎng)測(cè)量，而且從測(cè)量范圍到線(xiàn)性傳輸特性均可以進(jìn)行編程，靈活度十足。BROADCOM的增量磁旋轉(zhuǎn)編碼同樣可以對(duì)零位，方向和指數(shù)脈沖寬度進(jìn)行編程。

解碼芯片現(xiàn)在也在往更高的頻率升級(jí)，在編碼器和MCU中構(gòu)建起順暢的連接。為了應(yīng)對(duì)多雜訊環(huán)境下干擾，解碼芯片在輸入上也會(huì)加上Schmitt-triggered CMOS輸入和噪聲濾波提高抗擾度。

小結(jié)

編碼器的選擇還是取決于應(yīng)用場(chǎng)合和運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，環(huán)境條件和系統(tǒng)的控制電子裝置也對(duì)編碼器的選擇影響不小。編碼器具有不可否認(rèn)的高精度，并且集成到控制電子裝置的過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)也不那么復(fù)雜，在伺服系統(tǒng)中不可或缺。