淺談?wù)嘞揖幋a器及細分

　　介紹正余弦編碼器前，先來(lái)回顧一下方波增量編碼器。

　　方波增量編碼器的輸出為正交的AB脈沖信號，即高電平或者低電平。我們把信號從低電平到高電平的變化，稱(chēng)作為一個(gè)上升沿。編碼器的輸出，就是從一個(gè)上升沿到另一個(gè)上升沿周期性的重復。編碼器的分辨率與碼盤(pán)刻線(xiàn)一一對應，在編碼器旋轉一圈的過(guò)程中，這樣的AB信號會(huì )周期性重復多次。如碼盤(pán)刻線(xiàn)為1024道的編碼器，則編碼器旋轉一圈將會(huì )有1024個(gè)這樣的信號周期輸出，也據此稱(chēng)該編碼器的分辨率為1024線(xiàn)，或1024個(gè)脈沖，指的都是編碼器每圈輸出的信號周期數。

　　為了提高增量編碼器的分辨率，有時(shí)候還會(huì )用到四倍頻，即：計算上升沿的同時(shí)，也計算下降沿，這樣每個(gè)周期可以細分為四步。

　　為了AB脈沖信號以外，還有一個(gè)對于確定位置很重要的參考標記，即參考信號或稱(chēng)零位標記。通常零位標記一圈只出現一次，用于指示編碼器的原點(diǎn)。也就是說(shuō)，增量型編碼器一圈以?xún)纫话阒荒艽_定一個(gè)絕對位置。

　　為了進(jìn)一步提高編碼器的分辨率，則需要增加碼盤(pán)刻線(xiàn)的密度。然而方波增量編碼器的分辨率會(huì )受到兩方面的制約。一方面，收到碼盤(pán)尺寸的限制。60mm外徑的編碼器，物理刻線(xiàn)一般不超過(guò)10,000線(xiàn)。另一方面，輸出頻率與編碼器的轉速和分辨率成正比。更高分辨率意味著(zhù)更高的輸出頻率，而高頻率無(wú)法實(shí)現長(cháng)距離傳輸。

　　正余弦編碼器與普通方波增量式編碼器的AB正交脈沖信號類(lèi)似，不同的是正弦編碼器通過(guò)A和B 通道輸出的是峰-峰值為1V或2V的正弦波和余弦波信號。編碼器旋轉一圈，也會(huì )周期性的產(chǎn)生多個(gè)正余弦周期，如512(29)，1204(210)或2048(211)等。

　　雖然正余弦周期數(物理分辨率)看上去也不是很高，但是在控制器或者驅動(dòng)器中，通過(guò)編碼器輸入電路處理和計算，每個(gè)正余弦周期都可以通過(guò)反正切插值運算細分為很多步，從而達到很高的分辨率。

　　X = Arctan(Sin(X)/Cos(X))

　　根據正弦和余弦信號的實(shí)時(shí)幅值，通過(guò)Arctan計算，可以確定編碼器在此刻在這一個(gè)正余弦周期以?xún)鹊拇_切位置(電角度)。取決于模數AD轉換的分辨率和正余弦信號的質(zhì)量，每個(gè)正余弦周期通?？梢员患毞譃?12至214步。編碼器本身的每圈正余弦周期數，乘以每個(gè)正余弦周期的細分步數，構成了正余弦編碼器通過(guò)細分后的每圈總分辨率。

　　細分后的每圈總分辨率=每圈周期數X 每個(gè)周期的細分步數

　　例如，每圈1024個(gè)周期的正余弦編碼器，按13位細分后的總分辨率為：210 x 213 =210+13=223

　　值得注意的是，細分后的分辨率，是由控制器或驅動(dòng)器通過(guò)輸入電路處理計算得出的，并不是編碼器直接輸出的。