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聊聊正余弦编码器的那点事儿

要说正余弦编码器，得先聊聊方波增量编码器，这样更容易理解。

方波增量编码器输出的是 AB 脉冲信号，就像高低电平交替变化。从低电平跳到高电平，这叫上升沿。编码器工作时，就是不断重复这种上升沿的变化。它的分辨率和码盘上的刻线是对应的，转一圈，AB 信号会重复很多次。比如码盘有 1024 道刻线，那转一圈就会输出 1024 个信号周期，所以说它分辨率是 1024 线或者 1024 个脉冲，都是一个意思，指的就是每圈的信号周期数。

想提高分辨率的话，有时候会用四倍频。简单说，就是不光算上升沿，下降沿也一起算，这样每个周期就能分成四步。


图为正余弦编码器的波形照片


除了 AB 脉冲，还有个很重要的参考标记，就是零位标记，一圈就出现一次，用来确定原点。所以增量型编码器在一圈里，一般只能确定一个绝对位置。

那要是还想提高分辨率，就得增加码盘刻线的密度。但方波增量编码器有两个限制。一是码盘尺寸，比如 60mm 外径的，刻线一般超不过 10000 线。二是输出频率，转速和分辨率越高，频率就越高，而高频信号不好远距离传输。

再来说正余弦编码器，它和方波增量编码器的 AB 正交脉冲有点像，但不一样的是，它通过 A、B 通道输出的是正弦波和余弦波，峰 - 峰值是 1V 或者 2V。转一圈也会产生多个正余弦周期，比如 512、1204、2048 这些。

别看它的物理分辨率好像不高，但在控制器或者驱动器里，通过电路处理，每个正余弦周期能通过反正切插值运算分成很多步，这样分辨率就上去了。
有个公式是 X=Arctan (Sin (X)/Cos (X))，根据正弦和余弦信号的实时幅值，用这个公式就能算出编码器在当前周期里的确切位置，也就是电角度。这得看 AD 转换的分辨率和信号质量，每个周期通常能分成 2?? 到 2??步。

细分后的总分辨率就是每圈的周期数乘以每个周期的细分步数。比如每圈 1024 个周期的，按 13 位细分，总分辨率就是 2??×2??=2??。

不过要注意，细分后的分辨率是控制器或驱动器算出来的，不是编码器直接输出的哦。

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