了解编码器输出信号,这是使用电机控制的一个窍门!

电子马达控制器通常需要连接到编码器,以检测转子位置和/或速度。

为了选择合适的设备,工程师必须评估几个方面。

第一步是确定应用程序是否需要增量编码器,绝对编码器或换向编码器。

确定后,必须考虑其他参数,例如分辨率,安装方法和电机轴尺寸。

最合适的输出信号类型并不总是很明显,并且经常被忽略。

三种最常见的类型是集电极开路输出,推挽输出和差分线驱动器输出。

本文将分别介绍这三种输出类型,以帮助工程师根据特定的应用需求选择合适的设备。

第一个原理无论是增量编码器的正交输出,换向编码器的电动机磁极输出还是使用特定协议的串行输出,这些编码器输出都是数字信号。

因此,5 V编码器的信号将始终在大约0 V和5 V之间切换,并且这两个电压分别对应于逻辑0和1。

增量编码器的输出是一个基本的方波,如图1所示。

集电极开路输出大多数旋转编码器使用集电极开路输出(图2),即,当输入信号为高电平时,集电极的集电极引脚为开路。

晶体管保持断开或断开状态。

当输出为低电平时,输出直接接地。

由于当输入信号为高电平时输出断开,因此需要一个外部“上拉”电阻来确保集电极电压达到要求的电平,即逻辑1。

因此,工程师在连接系统时具有更大的灵活性具有不同的电压:集电极电压可以通过上拉电阻上拉至不同的电压,使其高于或低于编码器的工作电压(图3)。

但是,该接口也有一些缺点。

许多现成的控制器都有内置的上拉电阻,这些上拉电阻会消耗电流,即消耗功率。

另外,当电阻和寄生电容形成RC电路时,高电压和低电压之间的输出压摆率将因此降低。

转换斜率(图4)是转换率。

通过降低转换率,上拉电阻将大大降低编码器的速度,从而降低增量编码器的分辨率。

减小电阻值可以提高转换率,但是当信号较低时,上拉电阻器消耗的电流会更大,功耗也会更大。

推挽输出推挽输出使用两个晶体管而不是一个(图5),因此它可以弥补上述开放集电极输出接口的缺点。

上部晶体管代替上拉电阻,并且可以在导通时将电压上拉至电源电压。

由于电阻极小,因此转换速度更快。

当输出信号为低电平时,晶体管关闭。

因此,与集电极开路电路相比,有源上拉电路的功耗相对较小,从而电池供电的设备具有相对较长的工作时间。

CUI的AMT系列单端编码器均使用推挽输出,因此可以在没有上拉电阻的情况下连接外部电路。

除了提高速度和减少功耗外,推挽输出还可以简化测试和原型开发。

此外,AMT编码器还具有CMOS输出。

由于设备的高压和低压不同,因此应参考规格以确定如何转换输出电压。

差分线路驱动器输出尽管使用推挽输出的编码器弥补了集电极开路输出的一些缺点,但它们都是单端输出。

在布线距离较长的应用中或在存在电气噪声和干扰的环境中,使用单端输出具有一定的局限性。

当布线距离较长时,信号幅度会衰减,并且电容效应会减慢转换速率。

由于单端信号的传输信号以地面为参考,因此这种衰减可能会导致错误,从而导致系统性能下降。

另外,在电噪声环境中,不同幅度的干扰电压将耦合到电缆,从而导致单端系统的接收器错误地解码信号电压。

当电缆长度超过一米时,CUI建议使用差分信号。

使用差分线路驱动器的编码器可以产生两个输出信号:一个与原始信号匹配,另一个与信号完全相反,即互补信号。

两者之间的幅度差