2、编码器有哪些种类？

3、编码器的主要指标参数与各自的含义是什么？

4、分辨率、位置精度和重复精度三者之间的区别和联系是什么？

6、哪种场合下需要使用差分信号编码器？差分信号的优势是什么？

7、绝对式和增量式编码器区别是什么？

8、编码器寿命是多少？使用中有哪些注意事项？

反馈可以是数字或模拟信号。数字信号指通过总线传递的通信报文，模拟信号包括模拟电压、电流甚至电容电感。对比数字通信，方波脉冲也归类于模拟信号。

编码器并非唯一或必须的反馈器件，但它兼备体积小、重量轻、精度高等显著优点，一直是应用中的主流方案。

这个问题比较笼统，因为编码器可以有多种分类方式。

从编码原理上可以分为电容式、电感式、磁电式和光电式等。在微型直流伺服系统中，以磁电和光电式编码器为常用。

左图上方为光电式编码器示意图。发光二极管A和光线传感器B分列码盘两侧。A持续发光，而B在受到和未受到A照射的时候，分别处于导通和关断状态。

当码盘的开孔对准A和B时，B受到A的照射而导通；开孔错开A和B时，A的发光被遮挡、B因接收不到而关断。码盘旋转时，光线被周期性遮挡，B因此在导通和关断状态间交替切换，该信号通过电路处理，最后输出方波或其它制式信号。

左图的光电编码器为遮透式结构，反射式结构的原理与此类似，只不过光线的发送和接收器件集成一体，光栅从遮挡/透过光线，变成了吸收/反射光线。

磁电式编码器是通过霍尔传感器，探测旋转磁场的变化并通过电路处理后输出信号。

如果从输出方式来划分，可分为增量式和绝对式编码器（参阅问题7），按信号格式划分则可分为正交和总线信号（参阅问题3）。

其余参数多和编码器信号格式有关。输出正交信号的增量式编码器有下列主要参数：

分辨率：指电机每转动一圈编码器输出多少个脉冲，多为2ⁿ或50的整数倍。分辨率n和电机转速的关系如下：

电机转速（rpm）=编码器信号频率（Hz）×60/n

截止频率：由上可知，编码器输出的脉冲频率和电机转速成正比。脉冲达到截止频率时，已无法区分高低电平，也就无法计算转速值了。因此，截止频率对应着所能支持的电机最高转速。

总线输出编码器同样有分辨率的概念，但转速是通过报文帧周期和其中包含的位置信息计算得出。其它独有的参数包括：

接口和协议：直流伺服系统所用编码器，常见有同步串口（SSI）和Biss-C协议等，另有主要针对某些专业应用的协议，比如多摩川（tamagawa）协议。

时钟频率：报文帧的传输需要时钟信号来控制“节拍”，通常在数百kHz到数MHz之间。

此外，两种信号格式的编码器都支持差分输出，相关说明请参阅问题6。

分辨率：可理解为位置刻度的疏密度。刻度越密集，能指示的位置点就越多。需特别注意：编码器标称分辨率通常都是插值算法的结果，它不能反映定位精度。和定位精度有关的是码盘物理分辨率。详情可参阅问题5。

位置精度：位置点的指示值与物理值的最大角度偏差。假定编码器指示值12点，最大偏到了物理位置1点，则该编码器的定位精度就是30°。位置精度越高，说明刻度分布越均匀。

重复精度：如果充分多次运动到编码器指示值12点，实际都在物理位置12:30到1点区间内，则重复精度就是15°。重复精度一般都高于位置精度，应用中最关注的，通常也是重复精度指标。

此外，整机实际定位精度，还受编码器安装工艺影响。

但事实上，编码器所标的通常为插值分辨率，它是码盘物理分辨率的N倍。插值能提高分辨率，但无法改善决定物理分辨率的刻度均匀性，因此并不能提高定位精度。打个比方：如果刻度尺的厘米刻度（对应物理分辨率）误差已经超过1mm，那么对毫米刻度进行细分（对应插值分辨率），并不能提高这把尺子的测量精度。

过高的插值倍数还会降低信号质量，加大控制器的运算负荷。

目前的主流磁电式编码器，码盘都是磁环而非多极磁铁。在驱动器四倍频增强下，同时考虑到速度采样需求，分辨率一般选择1024~4096线就已足够。需更高定位精度时，建议优先考虑光电式编码器。

差分技术有效降低了共模干扰对信号的畸变影响。所谓共模干扰，是指同一干扰源对各路信号同时干扰。如果将两路信号分开布线，各路信号受到的影响可能源自不同干扰源，这就不属于共模干扰。

当编码器信号线长度超过0.5m时，就推荐使用差分信号，它所带来的成本增加，和使用屏蔽线相差不大。5m以内的长度，差分信号使用双绞线即可。更远的距离也应使用屏蔽线。

编码器的信号屏蔽线，屏蔽层应该在靠近编码器一侧单端接地。

任何时候，编码器的信号线均不可与电机动力线一起屏蔽。

更多时候，伺服系统都是以物理位置为参照。使用增量式编码器时，往往需要在开机时执行一套动作，让电机运行到标定的系统零位。

绝对式编码器又分为单圈和多圈，单圈只对360°内的位置值有记忆，多圈相当于带日历功能的手表，不仅能记忆角度，还能记忆圈数。

在持续通电的情况下，增量和单圈或多圈绝对式编码器的位置计数功能，在理论上没有区别。绝对式编码器虽然更适用，但不易做到小尺寸，特别多圈绝对值编码器，很难有封装外径16mm以下的产品。40mm以内的绝对编码器往往需要附加电池来记忆圈数，新兴的韦根技术无需电池，但价格更贵。

光电式编码器的码盘轻薄，抗震性差；磁电式编码器对磁场较为敏感。除开这些先天性短板，尚有如下易损因素：

静电敏感：尤其是磁电式编码器，如果没有静电防护或措施不到位，易发生静电击穿损坏；

电缆纤细：易受机械外力导致的损坏，例如拉拽、过度扭曲或弯折等。如果损坏位置靠近出线根部，很难维修。此外，微型编码器往往和电机结合一体无法拆分，一旦编码器损坏，有可能会连同电机一起报废。