增量编码器的分辨率,倍频与细分im增量编码器码盘是由很多光栅刻线组成的,有两个(或4 个,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型编码器的分辨率,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,A, B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?增量编码器的 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,A与B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1/4的T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 0, 0 1, 1 1, 1 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度/(4xPPR)前面的问题:一个方波A/B输出360PPR的增量编码器,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例如,德国海德汉的工业编码器, 推荐的最佳细分是20倍,更高的细分是其推荐的精度更高的角度编码器,但旋 转的速度是很低的。
我公司提供的IDE弦波细分倍频分割器,可提供5, 10, 20, 25,最高到100倍 的正余弦波细分倍频一个增量编码器细分后输出 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)有些增量编码器,其原始刻线可以是2048线(2的11次方, 11位),通过16 倍(4位)细分,得到15位PPR ,再次4倍频(2位),得到了 17位(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。