光编码器及光编码芯片

之前文章介绍过旋转编码器，磁阻传感器及其在电机编码器的应用，今天，针对光编码做个介绍，水平有限，欢迎留言交流

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光编码器的应用，类别

光编码器，用在电机闭环控制系统，用于提供电机转子的位置信息，如下图的黄色框框，其和主控的通信一般是A/B/Z信号或者串口(RS485/BiSS)    

基于接口形式，可以分为模拟编码器（MCU用ADC采集）和数字编码器（MCU通过捕获A/B/Z信号或者串口通信）； 模拟编码器输出正余弦信号；

数字编码器分为增量式编码器和绝对值编码器；

绝对值编码器

光学式绝对型编码器中也有一个会和主轴同步旋转的圆编码盘，盘中有分为许多同心圆状的透明及不透明的区域，盘的两侧分别有光源及光传感器数组，光源穿过编码盘后，被光传感器采集，采集的信息直接代表了转轴的位置；
 

增量编码器

增量型编码器和绝对型编码器不同，如下图，当转轴旋转时，增量型编码器输出的连续的正余弦，或者脉冲

为了分辨方向，一般会安装两路相差90°C的光源(这个90°C是相对一个光栅间隔而言，非对整个光编码盘)，基于两路的先后判断转向； 

同时，因为增量编码器，没有办法记录绝对位置以及圈数，一般会有专门的一路用于标识旋转了一圈，就是经常提到的A/B/Z中的Z路；

图片转自 Simogear减速电机

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编码器的精度和分辨率

编码器的分辨率，是指编码器可读取并输出的最小角度变化，衡量的单位有如下几种：

线（line），光编码器的码盘的光学刻线，一般刻线越多，分辨率越高；

每转脉冲数（Pulse Per Rotate），针对脉冲输出的，旋转一圈对应的脉冲数，和线其实一个维度

位（Bit），就是以最小可分辨步距的2的幂次方，例如2048个AB方波脉冲，经过四倍频，获得相当于8192个分割最小步距，也就是13位 (2^13=8192)。

和分辨率一同重要的是精度，即编码器测量的角度与真实角度的准确度，对应的参数是角分（′）、角秒（″）1°（度）= 60′（角分）= 3600″（角秒）

光编码器在精度方面，可以做到的精度更高，如下是多种编码器的分辨率和精度对比

转自 AQ编码

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正余弦光编码器

在无法再提高光学码盘物理刻线数的情况下，一种以每个信号周期输出模拟量信号，再进一步AD细分的技术被广泛应

转自AQ编码

如上图，光源经过一个球面透镜，聚焦为平行光

平行光透过一个固定的扫描遮掩光梳，再照射移动的码盘光栅

穿透码盘光栅的梳状光线，被下方的光电池传感器接收

随着移动码盘光栅的移动，梳状光线从被码盘光栅完全遮蔽，到完全穿透，光电池传感器获得的光线由最少变成最多，光电池感应的传感信号也随之变化；

因为移动码盘的光栅均匀布局，因此光电池感应的信号也周期性的变化

周期性变化的光源，由四个错开位置的传感器调制为正余弦变化的信号，每隔一个1/4周期设置一个光电池传感器，组成一组相差90度相位差的四个信号：

这四个相差90度变化的信号就是正弦信号A+对反相的A-，余弦信号B+对反相的B-；

这个信号可以由MCU完成处理得到角度信号，通过通信接口给到主控，也可以直接给到主控的ADC进行采样，自行计算的得到角度

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光编码器芯片及国内玩家

如下图，是德国IC-HAUS的21bit光编码器芯片，可以看到，其支持LED的控制，光电池，运放，比较器，片上温度传感器等单元，支持SIN/COS输出，脉冲输出及SSI输出

国内的光编码器芯片，目前知名的有两家，估计因为保密，其产品资料没有找到

北京中微锐芯，团队自主研发的旋转光电编码器芯片由高精度低噪声运算放大器、光电二极管阵列以及带回差的迟滞比较器等多个高精度核心部件构成，精度达到23位，无论是在重复精度还是在定位精度上，都达到了领先水平.

苏州安必轩，2014年成立于北京，致力于开发具有完全自主知识产权的高端光电编码器芯片，替代进口编码器产品，是目前国内唯一量产23位光电池芯片、游标原理解码芯片的高新技术企业