助力伺服系統，光電編碼工藝革新磁編碼芯片升級

電子發燒友網報道（文/李寧遠）作為伺服系統中最關鍵的零部件之一，編碼器一直以來扮演著能夠決定伺服系統上限的重要角色。編碼器本質上其實也是一種傳感器，測量旋轉或者位移，并將其轉換成電信號用于確定位置、計數、速度或方向。

編碼器根據不同檢測技術路線的可以分出很多類別，如光電式、磁電式、電容式、電感以及電渦流式等等，也可以將其簡單地按照運動方式分為線性和旋轉式編碼器。

編碼器的關鍵分類，增量與絕對信號

不管使用光電檢測還是磁性檢測來檢測旋轉或者直線位移，編碼器都可以用增量式和絕對值式加以嚴格的區分。兩種類型的編碼器總體結構上是比較類似的，無外乎使用碼盤、檢測裝置和放大整形電路組成，但是，二者具體的碼盤結構和輸出信號則完全不同。

概括來說，編碼器可以產生增量信號或絕對信號，增量信號不表示特定位置，只表示位置已更改，絕對信號既能表示位置的已更改也能提供絕對位置指示。

增量式編碼器有A、B、Z三個信號通道，A與B信號的脈沖誤差90°，Z為零位信號，也就是每轉一圈只有一個Z信號。增量式編碼器的分辨率通過每轉多少脈沖表示。增量式編碼器的結構非常簡單，成本也很低，但是很通用，能覆蓋很廣的測量范圍，而且分辨率高，適合高精度閉環應用。但是增量式編碼器斷電后，位置信號會丟失，抗干擾性能也相對較弱。

絕對值編碼器如果應用在角度等往復運動的測量，則使用高分子材料或者玻璃制成的格雷碼。絕對值編碼器的分辨率和碼盤位數有關。在單圈測量中，絕對值編碼器能夠在每一個角度位置輸出一個唯一的信號，在多圈測量中，絕對編碼器能夠在每一圈每一個位置輸出唯一的信號。絕對值編碼器即便掉電，編碼數據也不會丟失，但是相對來說其結構和處理電路就復雜很多，價格也高出不少。

光電編碼器通過工藝革新升級性能


光電式編碼器比磁電式編碼器出現的時間早很多，雖然現在市面上大多聽到的都是磁電式編碼器這個后起之秀更新迭代的信息，但是高工藝水平下的光電式編碼器可以實現更高精密的測量。

提高光電編碼器的精度和分辨率最簡單的辦法就是增加碼道的數量，一是加大碼盤尺寸，二是縮小碼道寬度，加大碼盤在現今小型化趨勢下顯然不可取，縮小碼道寬度又會讓工藝難度直線上升。

目前有一種通孔加工技術使用MEMS工藝，在PD芯片上形成通孔，將特種LED置于其中，實現LED與PD芯片級的合二為一。通過調節PD芯片的厚度，能使LED的高度與PD感光區域的高度保持一致，極大提高分辨率。

柵刻劃制作技術也是一項光電編碼器廠商核心實力的體現，國內禹衡的柵刻劃制作技術在線條均勻性、線條準直性、光柵精度在中端市場受到廣泛認可，目前絕對位數最高已經可以做到29 bit。

不少廠商開始通過實現PD與外圍電路的一體化設計、設計特殊的降低噪聲的電路結構等方式，讓器件更加易于使用，并發揮出更好的性能，或者改進芯片晶體結構，實現電流限制型LED更高的可靠性，核心工藝的革新持續升級著光電編碼器的性能。

磁編碼芯片的性能突破

磁編碼器技術的推進在耐用性上大大超過了光電編碼，磁編碼器中最重要的無疑是其中的編碼器芯片。像ICHAUS、BROADCOM、AMS、英飛凌等這些廠商都能為編碼器提供ASIC級整體解決方案，有專用的感應芯片和解碼芯片等等。

AMS在磁編碼芯片中就集成了動態角度誤差補償DAEC技術，能實現高轉速下的零延遲檢測，在低轉速下，則使用動態濾波DFS降低轉換噪聲。Melexis磁編碼則可以通過單個傳感器實現高精度三軸磁場測量，而且從測量范圍到線性傳輸特性均可以進行編程，靈活度十足。BROADCOM的增量磁旋轉編碼同樣可以對零位，方向和指數脈沖寬度進行編程。

解碼芯片現在也在往更高的頻率升級，在編碼器和MCU中構建起順暢的連接。為了應對多雜訊環境下干擾，解碼芯片在輸入上也會加上Schmitt-triggered CMOS輸入和噪聲濾波提高抗擾度。

小結

編碼器的選擇還是取決于應用場合和運動類型，環境條件和系統的控制電子裝置也對編碼器的選擇影響不小。編碼器具有不可否認的高精度，并且集成到控制電子裝置的過程相對來說也不那么復雜，在伺服系統中不可或缺。