浅析增量编码器的A/B输出波形。

浅析增量编码器的A/B输出波形

增量编码器的核心部件——码盘，由精细的光栅刻线构成。这些刻线被两个（或更多，如四个光眼的情况，后文将讨论）光眼读取，以产生A、B信号。刻线的密集程度直接决定了编码器的分辨率，即能够精确捕捉的最小角度变化。分辨率的参数通常以每转脉冲数（PPR）来表示。例如，若码盘每圈有360条刻线，则A、B信号每圈各输出360个脉冲，此时分辨率即为360PPR。

那么，这样的编码器能分辨的最小角度变化是多少度呢？是否就是1度？

增量编码器的A/B输出波形主要分为两类：一类是具有陡峭上升沿和下降沿的方波信号；另一类则是波形平滑，类似正弦曲线的Sin/Cos波形信号。在Sin/Cos波形中，A与B相差1/4周期（即90度相位）。若A为类正弦Sin波形，则B为类余弦Cos波形。

对于方波信号而言，A、B两相相差90度相位（即1/4T），这使得在0度、90度、180度和270度这四个相位角位置，均有上升沿和下降沿的出现。因此，在1/4T的方波周期内，即可判断角度的变化。这个1/4T周期即为最小测量步距。通过电路对上升沿和下降沿的识别，可以实现4倍于PPR的角度变化读取，即方波的四倍频。这种判断也可以通过逻辑操作来实现，其中0代表低电平，1代表高电平，A/B两相在一个周期内的变化依次为00、01、11、10。这种判断方式不仅能实现四倍频，还能确定旋转方向。

图为增量编码器码盘照片

据此，方波信号的最小分辨角度为360度除以（4乘以PPR）。以一个360PPR的方波A/B输出增量编码器为例，其最小分辨角度为0.25度。

图为增量编码器波形图

需要强调的是，方波信号最高仅能实现四倍频。尽管有时差法可以进一步细分，但这并非增量编码器的推荐用法。更高的细分则需采用Sin/Cos类正余弦信号。后续电路可通过读取波形相位的变化，利用模数转换电路进行细分，如5倍、10倍、20倍，甚至100倍以上，然后再以方波形式输出（以PPR表示）。但细分倍数并非无限，受到模数转换的时间响应问题和编码器刻线精度等因素的限制。

例如，德国海德汉的工业编码器推荐的最佳细分倍数为20倍，更高的细分适用于其推荐的精度更高的角度编码器，但旋转速度需降低。

对于细分后的增量编码器，若输出A/B/Z方波信号，仍可再次进行四倍频。但请注意，细分对编码器的旋转速度有要求，通常较低。若原始码盘刻线精度不高、波形不完美，或细分电路存在限制，细分可能会导致波形严重失真、大小步、丢步等问题。因此，在选用和使用时需注意。

以一个正余弦A/B输出360PPR的增量编码器为例，若采用25倍分频，且原始码盘精度有保证，其最小分辨角度可能达到0.01度。

此外，有些增量编码器的原始刻线可以达到2048线（2的11次方，即11位），通过16倍（4位）细分后得到15位PPR，再经过4倍频（2位）处理，最终获得17位（Bit）的分辨率。这就是某些日系编码器所谓的17位高位数编码器的由来。它们通常以“位（Bit）”来表示分辨率。然而，在较快速度下，这些编码器内部仍需使用未细分的低位信号进行处理，以确保响应速度。因此，不要被其“17位”的表述所迷惑。

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