光編碼器及光編碼芯片

之前文章介紹過旋轉編碼器，磁阻傳感器及其在電機編碼器的應用，今天，針對光編碼做個介紹，水平有限，歡迎留言交流

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光編碼器的應用，類別

光編碼器，用在電機閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于提供電機轉子的位置信息，如下圖的黃色框框，其和主控的通信一般是A/B/Z信號或者串口(RS485/BiSS)

基于接口形式，可以分為模擬編碼器（MCU用ADC采集）和數(shù)字編碼器（MCU通過捕獲A/B/Z信號或者串口通信）；模擬編碼器輸出正余弦信號；

數(shù)字編碼器分為增量式編碼器和絕對值編碼器；

絕對值編碼器

光學式絕對型編碼器中也有一個會和主軸同步旋轉的圓編碼盤，盤中有分為許多同心圓狀的透明及不透明的區(qū)域，盤的兩側分別有光源及光傳感器數(shù)組，光源穿過編碼盤后，被光傳感器采集，采集的信息直接代表了轉軸的位置；

增量編碼器

增量型編碼器和絕對型編碼器不同，如下圖，當轉軸旋轉時，增量型編碼器輸出的連續(xù)的正余弦，或者脈沖

為了分辨方向，一般會安裝兩路相差90°C的光源(這個90°C是相對一個光柵間隔而言，非對整個光編碼盤)，基于兩路的先后判斷轉向；

同時，因為增量編碼器，沒有辦法記錄絕對位置以及圈數(shù)，一般會有專門的一路用于標識旋轉了一圈，就是經(jīng)常提到的A/B/Z中的Z路；

圖片轉自 Simogear減速電機

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編碼器的精度和分辨率

編碼器的分辨率，是指編碼器可讀取并輸出的最小角度變化，衡量的單位有如下幾種：

線（line），光編碼器的碼盤的光學刻線，一般刻線越多，分辨率越高；

每轉脈沖數(shù)（Pulse Per Rotate），針對脈沖輸出的，旋轉一圈對應的脈沖數(shù)，和線其實一個維度

位（Bit），就是以最小可分辨步距的2的冪次方，例如2048個AB方波脈沖，經(jīng)過四倍頻，獲得相當于8192個分割最小步距，也就是13位 (2^13=8192)。

和分辨率一同重要的是精度，即編碼器測量的角度與真實角度的準確度，對應的參數(shù)是角分（′）、角秒（″）1°（度）= 60′（角分）= 3600″（角秒）

光編碼器在精度方面，可以做到的精度更高，如下是多種編碼器的分辨率和精度對比

轉自 AQ編碼

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正余弦光編碼器

在無法再提高光學碼盤物理刻線數(shù)的情況下，一種以每個信號周期輸出模擬量信號，再進一步AD細分的技術被廣泛應

轉自AQ編碼

如上圖，光源經(jīng)過一個球面透鏡，聚焦為平行光

平行光透過一個固定的掃描遮掩光梳，再照射移動的碼盤光柵

穿透碼盤光柵的梳狀光線，被下方的光電池傳感器接收

隨著移動碼盤光柵的移動，梳狀光線從被碼盤光柵完全遮蔽，到完全穿透，光電池傳感器獲得的光線由最少變成最多，光電池感應的傳感信號也隨之變化；

因為移動碼盤的光柵均勻布局，因此光電池感應的信號也周期性的變化

周期性變化的光源，由四個錯開位置的傳感器調(diào)制為正余弦變化的信號，每隔一個1/4周期設置一個光電池傳感器，組成一組相差90度相位差的四個信號：

這四個相差90度變化的信號就是正弦信號A+對反相的A-，余弦信號B+對反相的B-；

這個信號可以由MCU完成處理得到角度信號，通過通信接口給到主控，也可以直接給到主控的ADC進行采樣，自行計算的得到角度

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光編碼器芯片及國內(nèi)玩家

如下圖，是德國IC-HAUS的21bit光編碼器芯片，可以看到，其支持LED的控制，光電池，運放，比較器，片上溫度傳感器等單元，支持SIN/COS輸出，脈沖輸出及SSI輸出

國內(nèi)的光編碼器芯片，目前知名的有兩家，估計因為保密，其產(chǎn)品資料沒有找到

北京中微銳芯，團隊自主研發(fā)的旋轉光電編碼器芯片由高精度低噪聲運算放大器、光電二極管陣列以及帶回差的遲滯比較器等多個高精度核心部件構成，精度達到23位，無論是在重復精度還是在定位精度上，都達到了領先水平.

蘇州安必軒，2014年成立于北京，致力于開發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權的高端光電編碼器芯片，替代進口編碼器產(chǎn)品，是目前國內(nèi)唯一量產(chǎn)23位光電池芯片、游標原理解碼芯片的高新技術企業(yè)