之前文章介紹過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器，磁阻傳感器及其在電機(jī)編碼器的應(yīng)用，今天，針對(duì)光編碼做個(gè)介紹，水平有限，歡迎留言交流

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光編碼器的應(yīng)用，類(lèi)別

光編碼器，用在電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)，用于提供電機(jī)轉(zhuǎn)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(hào)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(guò)捕獲A/B/Z信號(hào)或者串口通信）；模擬編碼器輸出正余弦信號(hào)；

數(shù)字編碼器分為增量式編碼器和絕對(duì)值編碼器；

絕對(duì)值編碼器

光學(xué)式絕對(duì)型編碼器中也有一個(gè)會(huì)和主軸同步旋轉(zhuǎn)的圓編碼盤(pán)，盤(pán)中有分為許多同心圓狀的透明及不透明的區(qū)域，盤(pán)的兩側(cè)分別有光源及光傳感器數(shù)組，光源穿過(guò)編碼盤(pán)后，被光傳感器采集，采集的信息直接代表了轉(zhuǎn)軸的位置；

增量編碼器

增量型編碼器和絕對(duì)型編碼器不同，如下圖，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(huì)安裝兩路相差90°C的光源(這個(gè)90°C是相對(duì)一個(gè)光柵間隔而言，非對(duì)整個(gè)光編碼盤(pán))，基于兩路的先后判斷轉(zhuǎn)向；

同時(shí)，因?yàn)樵隽烤幋a器，沒(méi)有辦法記錄絕對(duì)位置以及圈數(shù)，一般會(huì)有專(zhuān)門(mén)的一路用于標(biāo)識(shí)旋轉(zhuǎn)了一圈，就是經(jīng)常提到的A/B/Z中的Z路；

圖片轉(zhuǎn)自 Simogear減速電機(jī)

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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(xiàn)（line），光編碼器的碼盤(pán)的光學(xué)刻線(xiàn)，一般刻線(xiàn)越多，分辨率越高；

每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（Pulse Per Rotate），針對(duì)脈沖輸出的，旋轉(zhuǎn)一圈對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，和線(xiàn)其實(shí)一個(gè)維度

位（Bit），就是以最小可分辨步距的2的冪次方，例如2048個(gè)AB方波脈沖，經(jīng)過(guò)四倍頻，獲得相當(dāng)于8192個(gè)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(cè)量的角度與真實(shí)角度的準(zhǔn)確度，對(duì)應(yīng)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(duì)比

轉(zhuǎn)自 AQ編碼

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正余弦光編碼器

在無(wú)法再提高光學(xué)碼盤(pán)物理刻線(xiàn)數(shù)的情況下，一種以每個(gè)信號(hào)周期輸出模擬量信號(hào)，再進(jìn)一步AD細(xì)分的技術(shù)被廣泛應(yīng)

轉(zhuǎn)自AQ編碼

如上圖，光源經(jīng)過(guò)一個(gè)球面透鏡，聚焦為平行光

平行光透過(guò)一個(gè)固定的掃描遮掩光梳，再照射移動(dòng)的碼盤(pán)光柵

穿透碼盤(pán)光柵的梳狀光線(xiàn)，被下方的光電池傳感器接收

隨著移動(dòng)碼盤(pán)光柵的移動(dòng)，梳狀光線(xiàn)從被碼盤(pán)光柵完全遮蔽，到完全穿透，光電池傳感器獲得的光線(xiàn)由最少變成最多，光電池感應(yīng)的傳感信號(hào)也隨之變化；

因?yàn)橐苿?dòng)碼盤(pán)的光柵均勻布局，因此光電池感應(yīng)的信號(hào)也周期性的變化

周期性變化的光源，由四個(gè)錯(cuò)開(kāi)位置的傳感器調(diào)制為正余弦變化的信號(hào)，每隔一個(gè)1/4周期設(shè)置一個(gè)光電池傳感器，組成一組相差90度相位差的四個(gè)信號(hào)：

這四個(gè)相差90度變化的信號(hào)就是正弦信號(hào)A+對(duì)反相的A-，余弦信號(hào)B+對(duì)反相的B-；

這個(gè)信號(hào)可以由MCU完成處理得到角度信號(hào)，通過(guò)通信接口給到主控，也可以直接給到主控的ADC進(jìn)行采樣，自行計(jì)算的得到角度

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光編碼器芯片及國(guó)內(nèi)玩家

如下圖，是德國(guó)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(yùn)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(guó)內(nèi)的光編碼器芯片，目前知名的有兩家，估計(jì)因?yàn)楸Ｃ?，其產(chǎn)品資料沒(méi)有找到

北京中微銳芯，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)光電編碼器芯片由高精度低噪聲運(yùn)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(gè)高精度核心部件構(gòu)成，精度達(dá)到23位，無(wú)論是在重復(fù)精度還是在定位精度上，都達(dá)到了領(lǐng)先水平.

蘇州安必軒，2014年成立于北京，致力于開(kāi)發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端光電編碼器芯片，替代進(jìn)口編碼器產(chǎn)品，是目前國(guó)內(nèi)唯一量產(chǎn)23位光電池芯片、游標(biāo)原理解碼芯片的高新技術(shù)企業(yè)