編碼器是電機控制系統的組成部分，可感應機械運動，然后生成數字信號以響應該運動。今天的趨勢是制造更小的機械和電子設備，電機及其編碼器是機器人、無人機、醫療設備和手持設備等應用中這一趨勢的一部分。設計人員現在面臨的主要挑戰是試圖將必要數量的設備放入編碼器不斷縮小的空間分配中。

無論系統是自動取放(xy 定位)、汽車(輔助車道檢測)還是機械臂，編碼器提供的位置反饋信息都是電機控制系統不可或缺的一部分。 編碼器可以在運動應用中提供增量或絕對位置。當應用需要相對電機位置時，增量編碼器很有用。一種將這些類型的編碼器與交流感應電機一起使用。相比之下，將絕對編碼器與永磁無刷電機配對有助于伺服應用。編碼器反饋通過提供轉子方向、速度和位置來確保電機定子的同步。

嵌入在編碼器中的是電機位置傳感設備和幾個模數轉換器 (ADC)。這些電路將電機的運動(例如速度、方向和軸角)轉換為它們提供給系統微控制器或處理器的電信號。在圖的示例中，編碼器使用連接到電機定子的光學輪。編碼器的輸出信號提供的信息使系統的微控制器能夠確定定子的速度，從而控制電機和光學輪的旋轉速度。

圖：光學編碼器的基本傳感電路。

光學編碼器使用一個 LED 和一個彼此相對放置的光電二極管，窗口光學輪位于它們之間。當光學輪轉動時，來自 LED 的照明是恒定的。LED 燈一次一個地透過每個輪窗照射。當 LED 光透過窗戶照射時，跨阻放大器 (TIA) 輸入端的光電二極管將入射光轉換為電流 (IPD)。IPD 電流流過反饋電阻 R F ， 在 TIA 的輸出端產生一個大于 V REF的電壓。

信號通過增益模塊，然后通過 ADC 驅動放大器——在本例中為 MAX44242——它是一個 180MHz、低噪聲、全差分逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 驅動器。旁邊是 ADC，它不斷對驅動器輸出進行采樣，以隨著時間的推移構建方波。

圖中的 圖表僅說明了光學編碼器的一個通道，但編碼器通常具有至少兩個相同的信號通道，每個通道聚焦于不同的窗口。因此，適當的 ADC 編碼器拓撲采用雙路同步 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。對于該編碼器，雙路同步采樣 SAR ADC 會拍攝一致的快照，從而提供編碼器電機方向、速度和位置的瞬時圖像。圖 顯示了一個雙通道編碼器的輸出示例。

圖 ：編碼器的光學輸出。

編碼器產生脈沖，指示系統必須解釋的短距離運動，例如通過計數脈沖將它們轉換為位置信息。編碼器的輸出有兩種計數方法：

脈沖計數表示隨時間的運動和速度。

?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備都在外殼或圓環內，因為編碼器內部的 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，PCB 的方形面積也減小了。此外，隨著光學編碼器內部空間的不斷收緊，在開發階段驗證設備布局變得更加關鍵。小型電機編碼器的直徑可小至 25 mm，軸徑為 4 mm，因此設計挑戰變成了用更小的器件填充更小的 PCB 的過程。

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 系列通過提供 3 x 2-mm 尺寸和 0.75-mm 間隙的 TFDN 塑料封裝選項來幫助滿足緊湊的空間限制。這種超小型封裝選項允許電機編碼器的縮小的圓環形狀和內部 PCB 尺寸繼續容納所有需要的電子設備。

審核編輯：湯梓紅