編碼器是電機(jī)控制系統(tǒng)的組成部分，可感應(yīng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，然后生成數(shù)字信號(hào)以響應(yīng)該運(yùn)動(dòng)。今天的趨勢(shì)是制造更小的機(jī)械和電子設(shè)備，電機(jī)及其編碼器是機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、醫(yī)療設(shè)備和手持設(shè)備等應(yīng)用中這一趨勢(shì)的一部分。設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在面臨的主要挑戰(zhàn)是試圖將必要數(shù)量的設(shè)備放入編碼器不斷縮小的空間分配中。

無(wú)論系統(tǒng)是自動(dòng)取放(xy 定位)、汽車(輔助車道檢測(cè))還是機(jī)械臂，編碼器提供的位置反饋信息都是電機(jī)控制系統(tǒng)不可或缺的一部分。 編碼器可以在運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中提供增量或絕對(duì)位置。當(dāng)應(yīng)用需要相對(duì)電機(jī)位置時(shí)，增量編碼器很有用。一種將這些類型的編碼器與交流感應(yīng)電機(jī)一起使用。相比之下，將絕對(duì)編碼器與永磁無(wú)刷電機(jī)配對(duì)有助于伺服應(yīng)用。編碼器反饋通過(guò)提供轉(zhuǎn)子方向、速度和位置來(lái)確保電機(jī)定子的同步。

嵌入在編碼器中的是電機(jī)位置傳感設(shè)備和幾個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。這些電路將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)(例如速度、方向和軸角)轉(zhuǎn)換為它們提供給系統(tǒng)微控制器或處理器的電信號(hào)。在圖的示例中，編碼器使用連接到電機(jī)定子的光學(xué)輪。編碼器的輸出信號(hào)提供的信息使系統(tǒng)的微控制器能夠確定定子的速度，從而控制電機(jī)和光學(xué)輪的旋轉(zhuǎn)速度。

圖：光學(xué)編碼器的基本傳感電路。

光學(xué)編碼器使用一個(gè) LED 和一個(gè)彼此相對(duì)放置的光電二極管，窗口光學(xué)輪位于它們之間。當(dāng)光學(xué)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，來(lái)自 LED 的照明是恒定的。LED 燈一次一個(gè)地透過(guò)每個(gè)輪窗照射。當(dāng) LED 光透過(guò)窗戶照射時(shí)，跨阻放大器 (TIA) 輸入端的光電二極管將入射光轉(zhuǎn)換為電流 (IPD)。IPD 電流流過(guò)反饋電阻 R F ， 在 TIA 的輸出端產(chǎn)生一個(gè)大于 V REF的電壓。

信號(hào)通過(guò)增益模塊，然后通過(guò) ADC 驅(qū)動(dòng)放大器——在本例中為 MAX44242——它是一個(gè) 180MHz、低噪聲、全差分逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 驅(qū)動(dòng)器。旁邊是 ADC，它不斷對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出進(jìn)行采樣，以隨著時(shí)間的推移構(gòu)建方波。

圖中的 圖表僅說(shuō)明了光學(xué)編碼器的一個(gè)通道，但編碼器通常具有至少兩個(gè)相同的信號(hào)通道，每個(gè)通道聚焦于不同的窗口。因此，適當(dāng)?shù)?ADC 編碼器拓?fù)洳捎秒p路同步 SAR ADC——在本例中為 MAX11192。雙編碼器可提供 12、14 或 16 位分辨率，更高分辨率的 ADC 可提供額外的靈敏度和定位精度。對(duì)于該編碼器，雙路同步采樣 SAR ADC 會(huì)拍攝一致的快照，從而提供編碼器電機(jī)方向、速度和位置的瞬時(shí)圖像。圖 顯示了一個(gè)雙通道編碼器的輸出示例。

圖 ：編碼器的光學(xué)輸出。

編碼器產(chǎn)生脈沖，指示系統(tǒng)必須解釋的短距離運(yùn)動(dòng)，例如通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖將它們轉(zhuǎn)換為位置信息。編碼器的輸出有兩種計(jì)數(shù)方法：

脈沖計(jì)數(shù)表示隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)和速度。

?A 與 ?B 相比的通道順序指示了方向。

縮小的編碼器

理想情況下，編碼器的所有電子設(shè)備都在外殼或圓環(huán)內(nèi)，因?yàn)榫幋a器內(nèi)部的 PCB 可以最大限度地減少互連。但隨著編碼器的立方面積減小以匹配縮小的電機(jī)，PCB 的方形面積也減小了。此外，隨著光學(xué)編碼器內(nèi)部空間的不斷收緊，在開(kāi)發(fā)階段驗(yàn)證設(shè)備布局變得更加關(guān)鍵。小型電機(jī)編碼器的直徑可小至 25 mm，軸徑為 4 mm，因此設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)變成了用更小的器件填充更小的 PCB 的過(guò)程。

圖 2中描述的組件以及各種電容器必須全部安裝在編碼器的 PCB 上。在這種情況下，MAX11192 系列通過(guò)提供 3 x 2-mm 尺寸和 0.75-mm 間隙的 TFDN 塑料封裝選項(xiàng)來(lái)幫助滿足緊湊的空間限制。這種超小型封裝選項(xiàng)允許電機(jī)編碼器的縮小的圓環(huán)形狀和內(nèi)部 PCB 尺寸繼續(xù)容納所有需要的電子設(shè)備。

審核編輯：湯梓紅