Hengstler亨士樂編碼器選擇指南

Hengstler亨士樂編碼器種類的選擇
1.應(yīng)用考慮要素
當(dāng)今世界自動化技術(shù)日新月異。為選擇合適的編碼器，設(shè)計工程師必須考慮大量影響因
素。增量式還是式輸出、分辨率，當(dāng)然還有外形，這三個關(guān)鍵參數(shù)是幾乎所有工程師
*zui重要的設(shè)計因素。但是，在許多應(yīng)用中選擇合適的輸出芯片或“驅(qū)動”也同等重要。
在特定應(yīng)用中使用不合理的編碼器輸出，zui輕也會導(dǎo)致機器性能不可靠，造成諸如誤操
作、產(chǎn)量減少或生產(chǎn)效率降低等后果。
目前市場上的許多編碼器都是高度可配置的，所以僅按廠家挑選產(chǎn)品似乎還不能解決問
題。分辨率、軸尺寸、密封選項和連接器版本所有這些，設(shè)計工程師們都要謹慎選擇。輸
出類型也同樣很重要。本文將重點介紹一些典型應(yīng)用和常用的輸出類型。
噪聲和電纜長度是選擇合適編碼器時兩個zui重要的應(yīng)用考慮要素，很多情況下兩者息息相
關(guān)。電纜本身就是接收噪聲的“天線”，電纜越長，天線越大，噪聲自然就越高。這種情
況下，使用何種電纜對于系統(tǒng)能否正常運行至關(guān)重要。帶屏蔽層的雙絞線是zui低要求，zui
好能使用低電容型電纜。質(zhì)量好的電纜往往具有較低的單位電容額定值，有助于確保編碼
器發(fā)出的方波脈沖的波形在被控制器接收時不會變成“鋸齒狀”。另一個考慮要素是電流
損耗。在電池供電應(yīng)用中電池續(xù)航能力是關(guān)鍵指標(biāo)，所以大電流線路驅(qū)動器往往很快就會
成為了一種負擔(dān)。但是許多電池供電系統(tǒng)都是為移動應(yīng)用而設(shè)計，所以許多情況下電纜長
度都以英寸計算而非英尺，此時也許用不到大電流線路驅(qū)動器。當(dāng)然，如果控制器不能接
收所選的編碼器輸出，那么所有這些考慮要素都是空談。如果電機驅(qū)動器帶有差分線路接
收器，那么即使電纜只有數(shù)英尺長，選擇集電極開路輸出的編碼器就沒有意義了。
2.集電極開路
對于增量式編碼器，zui常見和zui簡單的輸出方式就是集電極開路輸出（見圖1）。就像它
名字一樣，輸出三極管的集電極（編碼器內(nèi)部）是懸空的，所以必須使用一個上拉電阻使
信號與電源之間電壓相同。然后有源輸出將信號下拉以得到開、關(guān)脈沖，形成我們熟悉的
方波。許多廠家都允許客戶使用其自備的上拉電阻，或者將其安裝于編碼器內(nèi)部。集電極
開路的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，也因此成本較低。集電極開路輸出只有漏電流形式（從負載
得到電流），因此適用于電纜較短的應(yīng)用，一般長度小于30英尺。由于集電極開路輸出無
法提供或產(chǎn)生“推挽式”電流，它不適合用于長電纜或高噪聲環(huán)境中。因此，集電極開路
輸出不適合用于差分或補充編碼器信號（A、非A、B、非B）。但是，對于電纜長度較短
且環(huán)境噪聲較低的應(yīng)用，集電極開路輸出大概是的選擇。

Hengstler亨士樂編碼器選擇指南
3.線路驅(qū)動器
7272
4469
就像它名字一樣，這種輸出芯片能夠向線路提供或“驅(qū)動”電流。和集電極開路輸出不
同，線路驅(qū)動器芯片能夠主動將輸出信號推高或拉低，因此具有漏電流和源電流兩種工作
方式（見圖2）。線路驅(qū)動器的主要優(yōu)點是它能夠向電纜推送更高的電流，因此可用于長
電纜線路。盡管線路驅(qū)動器可單個使用（如作為推挽式輸出），但它zui常見的用法還是作
為補充或差分信號。對于長電纜線路或高噪聲環(huán)境中的應(yīng)用，將差分信號與屏蔽雙絞線配
合使用是。
zui為熟知的線路驅(qū)動芯片大概就是7272了。許多的編碼器都是使用這種芯片且具有
很多優(yōu)點；7272實現(xiàn)了過流能力、可用電壓范圍和芯片成本之間的良好平衡。7272典型
的電流輸出能力在40-50mA范圍內(nèi)，適合用于長度范圍為50-75英尺的電纜線路。此外，
7272芯片一般都帶有“鏡像電壓”輸出；換句話說，向編碼器輸入什么電壓，它就會輸
出同樣的電壓（會略有降低，用于補償編碼器供電）。7272另一個顯著特點是溫度保護
功能。當(dāng)7272在極限條件下運行（高負載、電壓上限、高頻率）變得溫度過高時，它會
進入保護模式，啟動“退出”或停止輸出。待其冷卻，該芯片將會重啟并重新開始運行，
這點類似溫度開關(guān)。但是太多的重啟會導(dǎo)致閾值或啟動點降低，隨著時間推移zui終會使編
碼器變得不再可靠。簡言之，如果該工況總是引起這類跳閘，應(yīng)該選擇其它型號的線路驅(qū)
動器。
4469是另一個非常出色的線路驅(qū)動器選擇。與7272不同，4469具有高得多的電流驅(qū)動能
力，通常在100mA范圍（根據(jù)制造商有所不同）。在長電纜線路中這是一個明顯優(yōu)勢，電
纜長度通常可達100-300英尺。但是這種較高的過流能力伴隨著一個缺點，4469會消耗大
量的電能，因此伴隨高電流電壓范圍會受到影響。一個典型的鏡像電壓輸出于
15VDC，如果采用電壓調(diào)節(jié)電路，輸入電壓提高至24伏時依然可以得到5VDC的信號輸
出。成本方面，4469與7272接近。此外，4469不具備自動保護功能 – 它可任意使用而不
會跳閘，但這顯然會對產(chǎn)品使用壽命帶來不利影響。
ic-DL
ic-DL芯片是編碼器輸出的選擇，同時具備上述兩種芯片的優(yōu)點 – 寬電壓范圍和高過
流能力。ic-DL芯片可以使用真正意義上的“電壓”- 其適用電壓范圍可達5-30VDC，
但價格也不菲 – 這種芯片的售價一般可達7272或4469的5倍。ic-DL另一個*特性是自
適應(yīng)電路。這種線路驅(qū)動器能調(diào)整自身的輸出阻抗以匹配負載要求和所使用的電纜種類。
該特性保證了控制器將會得到干凈利落的信號，而不必考慮線纜種類、現(xiàn)場和控制裝置。
和7272一樣，ic-DL同樣具有過溫保護功能
圖1
典型的集電極開路輸出
圖2
典型的線路驅(qū)動器輸出
結(jié)束語

Hengstler亨士樂編碼器選擇指南
總的來說，我們應(yīng)該根據(jù)手頭的應(yīng)用選擇合適的輸出。盡管成本因素很重要，使用時可靠
的性能才是設(shè)計成功的首要條件。如果將一個沒有一點問題的應(yīng)用和一個問題重重的應(yīng)用
相比較，輸出種類之間的成本差別就顯得微不足道了。同樣，我們也應(yīng)忽略輸出與控制電
路的兼容性 – 如果控制電路與編碼器無法“握手”，那么這個編碼器首先就被排除了。讀
者對于如何選擇編碼器輸出仍然持有疑問，強烈推薦他們與一家編碼器廠商以獲
取指導(dǎo)。
編碼器 可選上拉電阻
信號
跳變 高狀態(tài)
低狀態(tài)
編碼器軸旋轉(zhuǎn)
控制器輸入
&條件電路
zui大30mA
同樣用于 屏蔽
輸出 推薦輸入電路