【经验】相位阵游标编码器的原理及设计方法

时间： 2018-05-08 来源：世强

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游标编码器的设计灵感来源于游标卡尺。游标卡尺由主尺和游标两部分构成，通过主尺和游标的位置读出读出游标差。那么进行逆向思考，如果已经知道游标差，也就可以推算出游标刻度对齐位置与主尺刻度位置。

游标编码器芯片，也叫光电池，目前常用的如PN2624，广泛应用于伺服电机绝对值编码器的设计。KODENSHI作为光电产品的市场领导者，针对光电编码器市场应用，提供了多种规格的发光管、光电池、光电一体化模块、分立元件、光电IC等。其中，针对PN2624，KODENSHI开发了可与之pin to pin替换的光电池PICA4334。PICA4334所有管脚都是模拟输出，外形图如下：

图1：PICA4334实物图

在游标式编码器设计中，有一个主码道（n分度）和一个游标码道（n-1）分度，这两个码道被设计成永远只有在一个位置刻度上对齐——零位对齐。在编码器上任意角度读取窗口，只能看到在一个当前角度的测量值，主码道测量值与游标码道的测量值，比较这两个测量值可以获得游标码道与主码道的相位差，以此计算出游标差的倍数，并以此推算出这个角度位置与零位（游标刻度对齐）的绝对值距离。换算过程为，主尺与游标的传感信号强度差→相位差→游标差→主刻度位置→绝对值位置。原理如下图所示。

图2：游标差值原理图

游标式编码器在设计时难度在于信号强度与两个码道在零点上的对齐必须被严格控制确保精度。光电池PICA4334的码盘设计示意图如下：

图3：码盘设计示意图

在编码器的使用中，测量的角度是在高速旋转中同步的。KODENSHI PICA4334同步并行采集3个码道的六个正弦或余弦信号，并将此6个模拟量信号以并行处理的方式AD转换、相位计算、推算出游标差与绝对值位置。

图4：PICA4334三码道示意图

游标编码芯片对于很多读者来说是比较陌生的概念。本文介绍了游标编码器的原理，并基于KODENSHI PICA4334，介绍了相位阵游标式编码器设计概况。如果您对此有兴趣或仍有问题可以联系世强400-887-3266。

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全部评论（2）

用户21489504 Lv3. 高级工程师 2018-06-19

感谢分享
LouBing Lv7. 资深专家 2018-05-08

很好的经验分享，感谢

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型号- SCQ,KEL-5315C,KE2N23F-XX,SEL3528-01,SST553R-01,SPDI441 - 30F,SST553R-02,SHB- XX - 5780 - 01,ST-1MLA,ST-1MLB,SEL388-01,SEL755-01,SCL-100-5780,SIR801,ST809-14-5780,SIT303-DR,SST433R-10,R123V-7I2,R123V - 712,SP-1ML,SEP,HPI6FER2(H),SPDA992 - 05,SP - 1KL,SEP W,SEP Z,SGL324-02,R203V-7CL,SPDA-BD,SHB-100-5780-01,ST806-09-5780,SML766L - 01,SRM603LM2M-2,SG-105LF,KEL - 1ML2,SPDE52-J,SST388 - 01,SFL- XX-5780,SIS-ED04(ST),SHB-XX-5780,SIC553-03,SIC553-04,SPDI753R - 01,SIC553-01,SRV1206-04,SIC553-02,EL - 1CL3,SIS-PT12(ST),SPDI488 - 01,ST815-28-5780,SIS - PT12(ST),SP - 1ML,SST533R - 03,CL-1KL3,SST533R - 04,SIT512-C1,SBL60-5780,CL-1KL7,SML955 - 03,SML766L-01,SML955 - 04,SIT512-CM,ST812-20-5780,SPDI752 - 01K,SIT401P,SST324R - 02,SPDI441R-16F,SPN-S6DN2,SIA101,SIT206F,SIR-SD5,SIM304,SPN-S6TN1,R903V - 7CL,SST533R - 02P(T),SPDI433-01,EL-1KL5,ORD1S06,SPDI488-01,EL-1KL3,CL-203,SBV533-06,ST-1CL3H,SHB-XX-5780-01,SFIC553 - 02,SIS - PT19,CL-207,SFIC553 - 01,CL-209,SIS - PT18,SIS - PT24,SIC553S-04,SIS - PT20,SCG01-F68,SHB-150-5780,KEL - 1KL2,SBV5073-01,SRV0805-01,CL - 1KL7,SUV455 - 03,SCL-150-5780,CL - 1KL3,SST655-01T,SML955 - 11,KIT2011S,SIC433 - 02,SML955 - 11T1,SPDI754R-01,CL-211,SIS - ED03(ST),SST655 - 01T,SPDI754R-02,SIS-ED03(ST),KEL - 5315C,SPDI752-01,SBL- XX-5780,KCL - 203HL,SG-105F6,SST331,SRM603LM2M - 2,SHB- XX-5780,SPDI533 - 01,EL-1K3,SFL- XX - 5780,SIT205-01,SEL753 - 03,SIC401L,SST323R - 04L,SST433R - 10,SST334 - 02,SIC401D,SST334 - 01,ORA1S01,SST5003,SST5001,SST323R - 04,SP-1CL3,SST3315R4,SPDI441R-25F,SBL- XX - 5780,SWL5050 - 03,SCL555 - 01,SPIC1206-01,SUV455C - 01,HP202G,SIS-ED06(ST),SIT303-01,SE302F- ZXX,SPT334R-01,ORA2S01,SIC502D-E,SPD27- 2CK,SPL3012-50-5780,SPDI752 - 01,SST0603R-02,SML655L-01,PC-17K1C,SPLXXXX-XX-5780,SPDI441-30F,SIT512-C,SST323R-04L,ORD1M13,SPS119EL1,PC-17K1,SEL753-03,SIC302D,SIR - SD5,SIS - PT06(ST),SRV955 - 04,SG - 105F6,SEL323-04,SD202,SD201,SPDI752-01K,SDS1A015-02,SSD-57,SEL388 - 01,STE01-01S,SEL334-01,SEL334-02,PC-17L1,CL-1CL3,SEL334-03,SHB- XX-5780-01,SPL6060-50-5780,SIC301D,SIC204F,CL - 211,SST553R - 01,SST553R - 02,ST-1KB,SIT511-C,SST854R-01,SPL6012-70-5780,ST-1KLB,SF-14B,SF-14A,ST-1KLA,SIT210,SFCV5050 - 05,SIT2A082,CL - 207,SEL533-04,SIR765-02,SST955R-02,KEEN5001A,SST955R-01,SEL533-02,SEL533-03,CL - 203,SST553 - 02,SEL533-06,SFCV5050-05,SEL554-1ML2,SEL554 - 1ML2,SEL5003,SP - 1CL3,SG - 105,SIS-PT20,SUVM375 - 01,SCA02-W713,SIS-PT24,SEL5001,CL - 209,SPIC1206 - 01,SRV955-04,SST662-01,SST753R-01,SIS-ED20,SEPFA,SIT510-C,SEL324-02,SIS-PT18,SPDI441R-30F,SIS-PT16,SIS-PT19,SPDI441 - 25F,ORA1L03 - J5,SIT311,SIS-PT12,SEL755 - 01,OEA - 01,SST755-01,SIS-PT07,SIT208,SIS-PT04,SIS-ED18,SIS-PT05,KST-1KLB,SIT205,SIS-PT08,SIT207,SPDI754 - 03,SST755-02,ST-1KL3A,ST-1KL3B,SPDI542R,SIS-PT03,SIT506F-A,SEP07-Z36L,SPS-11AP,SCM02-B38,STE,SEL323 - 04,SIC507D,SST324R-02,SBL-XX-5780,SML955-11,SPS-12CU,SIS-ED05,SPDI433 - 01,SIS-ED07,SST533R-04(N),SIS-ED04,SHB-200-5780,SPDI441R - 30F,SIS-ED03,SFIC553-01,SF-10B,SFIC553-02,SF-10A,KEL-1ML2,SST854R - 01L,SST533R - 04(N),SEL854-01L,SIC506L,SPDI552-01,SPDI552-02,SST334-02,SST334-01,SHB- XX - 5780,SPDI752R - 03,SHB-200-5780-01,SPDI752R - 04,KEF252500CB,SPDI752R - 02,EL-1CL3,SIT307,KE2N26F- ZXX,SIT204F-02,SIT204F-01,SIT304,SPDI542R - F4,SST533R-01,SIT303,SIT306,SF-11A,SST533R-03,SIT305,SF-11B,SIT302,SPN-B6TN1,KE2N19F-XX,SML955-11T1,SST553-02,KE2N19F - XX,SIS-PT16(ST),SIS - ED06(ST),SST533R-04,SIT509,SEP FA,SIT516,SPS119ED1,SPN - B6CA,SIT515,SF-12B,SIT514,SF-12A,SIC801D,SST533R-02P(T),SE302F-ZXX,ORA1M04,SIC504L,SCL334 - 02,SEL533 - 04,SPDE52 - J,ORA1L03-J5,SEL533 - 06,SPDI955R - 02F,SBV5073 - 01,R203V - 7CL,SEL533 - 03,SEL533 - 02,SST955 - 01,SPDI533R-02,SF-13A,SF-13B,EL - 1KL5,SIT401,SML655L - 01,SIC503L,SIC433-02,SUV455C-01,SST0603R - 02,ST812-XX-5780-01,SE201,SIT612,SST323R-04,SEL553-02,SEL553-03,SEL323-04L,KEL-1KL2,SPDI441-25F,SFL-80-5780,SIC502D,SPD994 - 02,SST955-01,S42B8,R903V-7CL,SPS - 12CU,SIT506,SIT505,SIT508,SPS - 11AP,SIT501,SIR201,SPDI754 - 03S,SIC501L,KIR-5105J,SG - 105LF,SPDI754-03S,SIC501D,SBV0805 - 01,SEL331,SIA201R,KE2N26F-ZXX,SPT334R - 01,SICD01L,R123V-712,SUV455-03,SGV0603 - 03,SFL-100-5780,SML955-04,SML955-03,SGL324 - 02,SIC209D,SCG01 - F68,SCL-200-5780,CL - 1CL3,SIT604,SEL955-02,SEL955-03,SIT601,SIT602,SEL854 - 01L,SPDI441R - 25F,SPD27-2CK,SRV0805 - 01,SIR765 - 02,SE302F - ZXX,SST753R - 01,SIS - PT04,SIS - PT05,SST662 - 01,SIS - PT03,SEL3315,SEL553 - 03,SEL553 - 02,SIS - ED18,SHB-100-5780,KIR5105J,SIR501G,KE2N23F - XX,SDS1A015 - 02,EL - 1K3,KIT3025S,SWL5050-03,SIS - PT08,SCM02- B38,SIS - PT07,KE2N23F- XX,SIS - PT16,SEL324 - 02,SEP08-W18-2PL,SIS - PT12,KEF302500CB,ST8XX-XX-5780,SIS - ED20,SPDI542R-F4(J),SUVM375-01,SPN - S6TN1,SEL323 - 04L,SST854R-01L,KDT - 6315A,SEL334 - 01,SEL334 - 02,SPDA992-05,SEL334 - 03,SPDI533R - 02,SFL-XX-5780,SPN - S6DN2,SPDI753R-01,OEA-01,SBL-60-5780,SPDI441R - 16F,SIS-PT06(ST),SG-105,SIR501 - C,KIT3035S,SIS - ED04(ST),SST955R - 01,SIR501-C,SCA02 - W713,SF-11,SF-12,SST955R - 02,SBV0805-01,SF-10,SEL955 - 02,SF-13,SEL955 - 03,SF-14,SIS - ED0

KODENSHI - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货

KODENSHI（可天士）主要生产发光二极管、受光二极管、三极管、光电池、Encoder模块、光耦、红外遥控接收头、光电IC、IrDA、PDIC、光通讯产品、汽车电子产品等产品。其高精度、高灵敏度的一体化编码器模块（AB相位阵技术）、粉尘传感器、材质传感器，产品性价比高、可定制化，在编码器、颗粒物检测、材质检测方面的应用表现亮眼。

距离传感器编码器发光二极管材质传感器

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【产品】采用COB封装的受光二极管阵列SPN-B6CA，无边框设计，适用于多种伺服电机和工业编码器

可天士（KODENSHI）推出的SPN-B6CA是一款受光二极管阵列（硅光电池阵列），可接收LED的光信号，转换并放大成电信号发送给信号处理单元。6窗光电池阵列，敏感度高，响应速度快；采用COB形式封装，可在多种伺服电机或工业编码器上使用；无边框设计，制品更加小巧轻薄。

2020-07-17 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【选型】KODENSHI AUK（可天士）光敏二极管/晶体管、发光二极管、位置检测元件选型指南

目录- 光敏/发光器件规格快速参考光敏/发光器件外形图光敏二极管 PIN型光敏二极管光敏二极管阵列光敏晶体管达林顿型晶体管位置检测元件 GaAlAs红外发光二极管 GaAs红外发光二极管 AlGaInP红外发光二极管蓝紫光发光二极管

型号- EL-23G,SD-102,SD-101,SPDA10-A,ML-1CL3,SST324R-01,SD-503,SPIN12-K,SRCL552-910,SD-103,ST601,BL15-1212,HP-2MLR,ST-1MLA,EL-1K3,EL6F11,ST-1MLB,SEL3315,CL-304L,HPI-210,HPI304R4L,SP-1CL3R2,HPI2464,HP2FR4,SPDI552-01,EL333,HPI23G,ST333R4F,KSP-1MLR2,PT23G,SD-612,SST5001,EL-1CL3,BL15-1101,SRCL552-880,SP-1CL3,SST3315R4,SST533R-01,SST533R-02,SST533R-03,SP-1ML,SSD57,EL325,SPDA992-01,SD-201,HPI-1KL5,HPI6FER2,EL-1ML2,SST533R-04,KEL511,KFL-1ML-N,SD-202,HPI2C,KEL-3001A,HP-2ML,HPI5FCR2,SPDE52-J,SPDD92-J,KEL3001A,SRCL552-865,KDT2001,KET511,CL-1CL3,SD-112F2,SBVL955-01,EL302,HPI6FFR4,KEL1001L,CL-1KL3,KST-0315A,HPI6FFR2,SD-306,CL-1KL7,KEL3002A,ST-1KB,KBL-1KL3,SD-303,SST333R4F1,HPI2CR2,BL05-1211,HP-3ML,SPD862-01,ST-1KLA,ST333R4,HPI210,SEL742-01,KDS1001AF2,KDT3002A,ST23G,EL305,SEL533-01,ML-1K3,SST955R-03,SST955R-02,KDT-3001A,SST955R-01,SEL533-03,HPI2464R5,HP-3MLR2,SUV-M-01,SST955-01,HPI-2464R5,HPI610A,HP601,HP202,SPDI433-01,ST-1MLBR2,HPS304AL,SPDI754-03,SP-3ML,SEL5001,KDP6004A,SST662-01,ST309,HP5FR2,EL-1KL5,HP5FR4,KDT-3002A,EL-1KL3,CL-203,SEL324-01,HPI6FGR4,ST-1CL3H,ST302,CL-207,CL-208,CL-209,KEM5001R,SD-402,ST305,HP333,KEL55L,KDT5001A,SP1CL3,SUV455-03,SPDA11-H,SPDI955R-02F,HP304L,SML955-04,SML955-03,SD-112,SD-506F,HPI-2464,KEL-209A,SP-45ML,SEL955-01,SRCL552-940,SEL955-04,HPI6FH,KBL23G,SEL955-02,SEL955-03,ST333R4F1,SP1CL3R2,BL05-1101,PT304R2L,ST-1MLAR2,KDT3001A,HPI-1K1,SPIN30-K,KEL5315C,SPDI754R-01,ST-1KL3A,SPDI752-01,ST-1KL3B,SP-1KL,SPD27-2CK,HPI307,KHP2032,SP-2ML

KODENSHI - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货

pin to pin替代PN2624光电池芯片的PICA4334，可用于绝对值编码器的光电转换

绝对值编码器的光电转换通常使用光电池芯片，主流厂家是IChaus，常用的有PN2624，但是IChaus的供货周期很长，渠道垄断导致价格很高，编码器大厂均在寻找IChaus的替代厂家，以拓宽供应链渠道，减小IChaus交期带来的影响。KODENSHI的光电池PICA4334可pin to pin替换IChaus PN2624。

2019-03-24 - 器件选型代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】SPDA992-05受光二极管阵列，COB封装，拥有10个面积不同的硅光电池，适用于多种伺服电机、工业编码器

KODENSHI的SPDA992-05是一款受光二极管阵列（硅光电池阵列），敏感度高，响应时间短。SPDA992-05拥有10个面积不同的硅光电池，10个引脚输出，可组合应用满足不同客户需要。SPDA992-05使用的是COB（chip on board）封装，结构紧凑，体积小，可在多种伺服电机或工业编码器上使用。

2020-06-29 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

谁能推荐一下游标码的解算算法，或是集成芯片

推荐KODENSHI的游标编码器芯片PICA4334，可直接pin to pin替换IChaus PN2624。参考链接https://www.sekorm.com/news/50585596.html。

2018-11-16 - 技术问答

【产品】光电流响应值极高的工业编码器（光电池阵列）SPN-B6TN1，适用于光电编码器、伺服电机等

本文介绍的产品是KODENSHI（可天士）的SPN-B6TN1光电池阵列，它是一种光电流响应值极高的工业编码器。产品尺寸小、精度高、硬度强，且具有表面平整度高、结构紧凑的特点。这款产品结构上使用金属PIN管脚，表面平整度高，所以可以贴定光栅。

2019-06-25 - 新产品代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】COB封装受光二极管阵列SPN-S6DN2，适用于制作各类工业编码器和伺服电机

KODENSHI SPN-S6DN2是一款受光二极管阵列，可接收LED的光信号，转换并放大成电信号发送给信号处理单元。受光二极管阵列结构将狭缝与光电池的功能合二为一, 使光的二次衍射变为一次衍射, 以提高信号质量。敏感度高，响应时间短。SPN-S6DN2使用的是COB（chip on board）封装，可使用SMT进行贴片。适用于制作各类工业编码器和伺服电机。