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增量式编码器的分辨率、倍频与细分

文章出处:德伍拓 责任编辑:admin 人气:35 发表时间:2020-12-30 14:58 【   

增量式编码器码盘是由很多光栅刻线组成的,有两个(或4,以后讨论4个光眼的)光眼读取A,B信号的,刻线的密度决定了这个增量式编码器的分辨率, 也就是可以分辨读取的最小变化角度值。代表增量式编码器的分辨率的参数是PPR,也就是每转脉冲数,例如每圈刻线360线,AB每圈各输出360个脉冲, 分辨率参数就是360PPR

那么这个编码器可分辨的最小角度变化量是多少度呢?就是1度吗?

增量式编码器A/B输出的波形一般有两种,一种是有陡直上升沿和陡直下降沿的方波信号,一种是缓慢上升与下降,波形类似正弦曲线的Sin/Cos曲线波形信号输出,AB相差1/4T周期90度相位,如果A是类正弦Sin曲线,那B就是类余弦Cos曲线。


对 于方波信号,A,B两相相差90度相(1/4T),这样,在0度相位角,90度,180度,270度相位角,这四个位置有上升沿和下降沿,这样,实际上在 1/4T方波周期就可以有角度变化的判断,这样1/4T周期就是最小测量步距,通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断,可以4倍于PPR读取角度的变 化,这就是方波的四倍频。这种判断,也可以用逻辑来做,0代表低,1代表高,A/B两相在一个周期内变化是0 00 11 11 0 。这种判断不仅可以4倍频,还可以判断旋转方向。

那么,方波信号的最小分辨角度=360/(4xPPR)

前面的问题:一个方波A/B输出360PPR的增量式编码器,最小分辨角度=0.25度。


严格地讲,方波最高只能做4倍频,虽然有人用时差法可以分的更细,但那基本不是增量式编码器推荐的,更高的分频要用增量脉冲信号是SIN/COS类正余弦的信号来做,后续电路可通过读取波形相位的变化,用模数转换电路来细分,5倍、10倍、20倍,甚至100倍以上,分好后再以方波波形输出(PPR)。分频的 倍数实际是有限制的,首先,模数转换有时间响应问题,模数转换的速度与分辨的精确度是一对矛盾,不可能无限细分,分的过细,响应与精准度就有问题;其次, 原编码器的刻线精度,输出的类正余弦信号本身一致性、波形完美度是有限的,分的过细,只会把原来码盘的误差暴露得更明显,而带来误差。细分做起来容易,但 要做好却很难,其一方面取决于原始码盘的刻线精度与输出波形完美度,另一方面取决于细分电路的响应速度与分辨精准度。

一个增量式编码器细分后输出A/B/Z方波的,还可以再次4倍频,但是请注意,细分对于编码器的旋转速度是有要求的,一般都较低。另外,如原始码盘的刻线精度不高、波形不完美,或细分电路本身的限制,细分也许会波形严重失真,大小步,丢步等,选用及使用时需注意。

前面的问题:一个正余弦A/B输出360PPR的增量式编码器,最小分辨角度可能是0.01度(如果25倍分频,且原始码盘精度有保证)。

有些增量式编码器,其原始刻线可以是2048线(211次方,11位),通过16倍(4位)细分,得到15PPR ,再次4倍频(2),得到了17(Bit)的分辨率,这就是有些日系编码器的17位高位数编码器的得来了,它一般就用“位,Bit”来表达分辨率了。这种日系的编码器在较快速度时,内部仍然要用未细分的低位信号来处理输出的,要不然响应就跟不上了,所以不要被它的“17位”迷惑了。

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