증분 인코더

스루보어 개구부에 샤프트가 부착된 회전식 증분 인코더

VideoWiki 스크립트의 증분 인코더 개요

증분 인코더는 A와 B라는2개의 출력 신호를 가진 선형 또는 회전식 전자기계 장치입니다.^[1]이 출력 신호는 장치를 이동할 때 펄스를 발행합니다.A 신호와 B 신호는 함께 이동의 발생과 방향을 나타냅니다.많은 증분 인코더에는 인코더가 특정 기준 위치에 있음을 나타내는 추가 출력 신호(일반적으로 인덱스 또는^[2] Z)^[3]가 있습니다.또한 일부 인코더는 베어링 고장이나 센서 오작동 등의 내부 고장 상태를 나타내는 상태 출력(일반적으로 지정된 알람)^[4]을 제공합니다.

절대 인코더와 달리 증분 인코더는 절대 ^{[note 1]}위치를 나타내지 않습니다.위치 변경과^[3] 보고된 각 위치 변경에 대해 이동 방향만 보고합니다.따라서 특정 시점에서 절대 위치를 판단하려면 인코더 신호를 증분 인코더 인터페이스에 보내야 합니다.인코더 인터페이스는 인코더의 절대 위치를 "추적"하여 보고합니다.

증분 인코더는 위치 변화를 거의 즉각적으로 보고하므로 고속 메커니즘의 움직임을 거의 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.따라서 증분 인코더는 정확한 측정과 위치 및 속도의 제어가 필요한 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다.

직교 출력

사각파 두 개가 직교로 되어 있어요.움직임의 방향은 A-B 위상차의 부호로 나타납니다.이 경우 A가 B를 추적하기 때문에 음이 됩니다.

증분 인코더는 직교 인코더를 사용하여 A 및 B 출력 신호를 생성한다.A 및 B 출력에서 방출되는 펄스는 직교 부호화됩니다. 즉, 증분 인코더가 일정한 속도로 이동할 때 A 및 B 파형은 사각파이며 A와 ^[2]B 사이에 90도 위상 차이가 있습니다.

A 신호와 B 신호의 위상차는 인코더의 이동 방향에 따라 항상 양 또는 음이 됩니다.로터리 인코더의 경우 디바이스 설계에 따라 시계방향 회전의 경우 +90°, 시계반대방향 회전의 경우 -90° 또는 그 반대입니다.

A 또는 B 출력의 펄스의 주파수는 인코더 속도(위치 변화 속도)에 정비례합니다. 주파수가 높을수록 빠른 이동을 나타내며 주파수가 낮을수록 속도가 ^[1]느립니다.인코더가 동작하지 않는 경우, A와 B로 정적인 불변 신호가 출력됩니다.로터리 인코더의 경우 주파수는 인코더의 축 회전 속도를 나타내며, 리니어 인코더의 경우 주파수는 리니어 트래버설 속도를 나타냅니다.

직교 인코더 감지 메커니즘의 개념도

로터리 인코더(오른쪽에 해당하는 A/B 신호 상태 표시)
선형 인코더. R 신호는 인코더가 기준 위치에 있음을 나타냅니다.

결의안

증분 인코더의 분해능은 인코더가 생성하는 위치 정보의 정밀도를 측정하는 것입니다.인코더 분해능은 일반적으로 단위 변위당 A(또는 B) 펄스 수 또는 동등한 단위 변위당 A(또는 B) 사각파 사이클 수로 지정됩니다.로터리 인코더의 경우 분해능은 회전당 펄스 수(PPR) 또는 회전당 사이클 수(CPR)^[3]로 지정되며, 선형 인코더 분해능은 일반적으로 특정 선형 횡단 거리(mm당 1000 펄스)에 대해 발행되는 펄스 수로 지정됩니다.

이는 인코더의 측정 분해능과는 대조적으로 인코더가 검출할 수 있는 최소 위치 변화입니다.A 또는 B의 모든 신호 에지는 감지된 위치 변화를 나타냅니다.A(또는 B)의 각 사각파 사이클은 4개의 신호 에지(상승 A, 상승 B, 하강 A 및 하강 B)를 포함하므로 인코더의 측정 분해능은 전체 A 또는 B 출력 사이클로 표시되는 변위의 1/4과 같습니다.예를 들어 1000 펄스/mm 선형 인코더의 사이클당 측정 분해능은 1mm / 1000 사이클 = 1μm이므로 이 인코더의 분해능은 1μm / 4 = 250nm입니다.

대칭과 위상

센서 결함으로 인해 증분 인코더가 대칭 및 위상 오류를 나타냄

등속도로 이동할 때 이상적인 증분 인코더는 A와 B 사이에 위상차가 정확히 90°인 완벽한 사각파를 출력합니다(즉, 펄스는 정확히 180° 너비가 됩니다).그러나 실제 인코더에서는 센서 결함으로 인해 펄스 폭은 180°가 되지 않으며 위상차는 90°가 되지 않습니다.또한 A 및 B 펄스 폭은 사이클마다(및 서로) 다르며 위상차는 A 및 B 신호 에지마다 다릅니다.따라서 펄스 폭과 위상차 모두 값의 범위에 따라 달라집니다.

특정 인코더에 대해 펄스 폭 및 위상차 범위는 각각 "대칭" 및 "위상"(또는 "위상") 사양으로 정의됩니다.예를 들어 대칭이 180°±25°인 인코더의 경우 각 출력 펄스의 폭은 155° 이상 205° 이하로 보장된다.마찬가지로 위상이 90° ±20°로 지정된 경우 모든 A 또는 B 가장자리의 위상 차이는 최소 70°에서 최대 110°가 됩니다.

신호 유형

증분 인코더는 출력 신호를 구동(전송)하기 위해 다양한 유형의 전자회로를 사용합니다.제조업체는 종종 여러 드라이버 유형 중 하나를 사용하여 특정 인코더 모델을 구축할 수 있습니다.일반적으로 사용 가능한 드라이버 유형에는 오픈 컬렉터, 기계식, 푸시 풀 및 디퍼렌셜 RS-422가 있습니다.

오픈 콜렉터

일반적인 오픈 콜렉터 드라이버의 개략도.출력 풀업 저항기는 일부 인코더에 내장되어 있습니다. 내장되어 있지 않은 경우 외부 저항이 필요합니다.

오픈 콜렉터 드라이버는, 광범위한 신호 전압으로 동작해, 대량의 출력 전류를 싱크 할 수 있기 때문에, 전류 루프, 광 절연체, 광섬유 송신기를 직접 구동하는 경우에 편리합니다.

전류를 소싱할 수 없기 때문에 오픈 컬렉터 드라이버의 출력은 풀업 저항을 통해 양의 DC 전압에 연결해야 합니다.일부 인코더는 이를 위해 내부 저항을 제공하며, 다른 인코더는 외부 풀업 저항을 필요로 하지 않습니다.후자의 경우 일반적으로 저항기는 인코더 인터페이스 근처에 위치하여 노이즈 내성을 향상시킵니다.

인코더의 하이 레벨 로직 신호 전압은 풀업 저항(개략도에서는 V)에_OH 인가되는 전압에 의해 결정되며 로우 레벨 출력 전류는 신호 전압과 로드 저항(풀업 저항 포함)에 의해 결정됩니다.운전자가 로우 로직 레벨에서 하이 로직 레벨로 전환하면 로드 저항과 회로 캐패시턴스가 함께 작용하여 로우 패스 필터를 형성하고, 이 필터는 신호의 상승 시간을 연장(증가)하여 최대 주파수를 제한합니다.이 때문에, 인코더가 고주파를 출력하는 경우는, 오픈 콜렉터 드라이버는 통상 사용되지 않습니다.

기계

PCB 마운트형 회전식 기계식 증분 인코더

기계식(또는 ^[5]접촉식) 증분 인코더는 슬라이딩 전기 접점을 사용하여 A 및 B 출력 ^[2]신호를 직접 생성합니다.일반적으로 접점은 닫혔을 때 신호 접지에 전기적으로 연결되어 출력이 낮게 "구동"되어 실질적으로 오픈 콜렉터 드라이버의 기계적 등가물이 되므로 동일한 신호 조절 요건(즉, 외부 풀업 저항기)을 따릅니다.

최대 출력 주파수는 오픈 콜렉터 출력에 영향을 주는 동일한 요인에 의해 제한되며, 나아가 접점 바운스(인코더 인터페이스에 의해 필터링되어야 함) 및 기계적 접점의 작동 속도에 의해 제한되므로 이러한 장치는 고주파 작동에 실용적이지 않습니다.또한 접점은 정상 작동 시 기계적 마모를 경험하므로 이러한 장치의 수명이 제한됩니다.반면 기계식 인코더는 내부 활성 전자 장치가 없기 때문에 상대적으로 저렴합니다.이러한 특성이 결합되어 기계적 인코더는 낮은 듀티, 저주파 애플리케이션에 적합합니다.

PCB 및 패널에 장착된 기계식 증분 인코더는 전자 기기의 수동 제어 장치로 널리 사용됩니다.이러한 장치는 오디오 기기의 볼륨 컨트롤, 벤치 전원 장치의 전압 컨트롤 및 기타 다양한 기능에 사용됩니다.

푸시풀

푸시풀 출력(예: TTL)은 일반적으로 논리 회로에 대한 직접 인터페이스에 사용됩니다.이것들은, 인코더와 인터페이스가 서로 가까운(예를 들면, 프린트 회로 도체를 개입시켜 상호 접속된 것, 또는 짧은 실드 케이블의 실행 등) 공통의 전원 장치로부터 전력을 공급받는 애플리케이션에 적합하기 때문에, 전기장, 접지 루프, 전송 선로 효과에의 노출을 회피해, 신호와 송전선이 파손되는 것을 막을 수 있습니다.위치 추적을 중단하거나 더 나쁘면 인코더 인터페이스가 손상됩니다.

차동 쌍

증분 인코더로부터의 차동 출력 파형

차동 RS-422 시그널링은 일반적으로 인코더가 고주파를 출력하는 경우 또는 ^[5]^[6]인코더 인터페이스에서 멀리 떨어져 있는 경우, 인코더 신호가 전계 ^[5]또는 공통 모드전압의 영향을 받는 경우 또는 인터페이스가 인코더와 인터페이스 간의 접속 문제를 검출할 수 있어야 하는 경우에 적합합니다.그 예로는 CMM과 CNC 기계, 산업용 로보틱스, 공장 자동화, 항공기 및 우주선 시뮬레이터에 사용되는 모션 플랫폼 등이 있습니다.

RS-422 출력을 사용하는 경우 인코더는 모든 로직 출력에 대해 차동 도체 쌍을 제공합니다. 예를 들어 "A"와 "/A"는 인코더의 A 로직 출력을 구성하는 액티브-하이 및 액티브-로우 차동 쌍에 대해 일반적으로 사용되는 명칭입니다.따라서 인코더 인터페이스는 착신 RS-422 쌍을 싱글 엔드 ^[5]로직으로 변환하기 위한 RS-422 회선 리시버를 제공해야 합니다.

주요 응용 프로그램

위치 추적

증분 인코더는 일반적으로 기계 장치의 물리적 위치를 모니터링하는 데 사용됩니다.증분 인코더는 모니터링 대상 장치에 기계적으로 연결되어 있기 때문에 장치가 이동함에 따라 출력 신호가 변경됩니다.예를 들어 기계식 컴퓨터 마우스와 트랙볼의 볼, 전자 기기의 제어 손잡이, 레이더 안테나의 회전축 등이 있습니다.

트랙볼과 전기기계식 컴퓨터 마우스는 2개의 회전식 증분 인코더를 사용하여 2개의 축에서 위치 추적을 용이하게 합니다.
전자 장비 컨트롤은 종종 기계식 인코더에 부착된 노브로 구현됩니다(탈부착 노브와 함께 표시됨).
상용 해상 레이더 안테나에서는 일반적으로 회전식 증분 인코더가 회전 안테나 샤프트에 부착되어 안테나 각도를 감시합니다.
파이프라인 비디오 검사 트랙터의 위치는 일반적으로 트랙터의 케이블 릴에 부착된 회전식 증분 인코더를 통해 모니터링됩니다.

증분 인코더는 현재 인코더의 위치를 추적하지 않으며 출력은 현재 인코더의 위치를 나타내지 않습니다.위치 ^[3]증분 변경만 보고됩니다.따라서 특정 시점에서 인코더의 위치를 결정하기 위해서는 위치를 "추적"하는 외부 전자 장치를 제공해야 합니다.증분 인코더 인터페이스라고 불리는 이 외부 회로는 증분 위치 변화를 카운트하여 위치를 추적합니다.

인코더 인터페이스는 증분 위치 변경의 각 보고서(A 또는B 신호의 천이에 의해 표시됨)를 수신할 때 A와 B 사이의 위상 관계를 고려하며 위상차의 부호에 따라 업 또는 다운을 카운트합니다.누적 "카운트" 값은 추적이 시작된 이후 이동한 거리를 나타냅니다.이 메커니즘은 양방향 애플리케이션에서 정확한 위치 추적을 보장하며, 단방향 애플리케이션에서는 AB 코드 천이 부근의 진동 또는 기계적 디더링으로 인해 발생할 수 있는 잘못된 카운트를 방지합니다.

변위 단위

대부분의 경우 인코더 카운트는 미터, 마일 또는 회전수 등의 단위로 표시되어야 합니다.이 경우 카운트는 C $(\displaystyle$ C $C$ 인코더 $변위$ D(\ $displaystyle$ D $)$ 의 $D$ 비율을 곱하여 원하는 단위로 변환됩니다.

position=counts\times {\frac {D}{C}}

position=counts\times {\frac {D}{C}}

s

position=counts\times {\frac {D}{C}}

t

position=counts\times {\frac {D}{C}}

position=counts\times {\frac {D}{C}}

position=counts\times {\frac {D}{C}}

position=counts\times {\frac {D}{C}}

position=counts\times {\frac {D}{C}}

n

position=counts\times {\frac {D}{C}}

×

position=counts\times {\frac {D}{C}}

C

position=counts\times {\frac {D}{C}}

{

displaystyle

position =

times

{

frac

{

D }

。

일반적으로 이 계산은 증분 인코더 인터페이스에서 카운트를 읽는 컴퓨터에 의해 수행됩니다.예를 들어 밀리미터당 8000카운트를 생성하는 선형 증분 인코더의 경우 밀리미터 단위의 위치는 다음과 같이 계산됩니다.

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

m

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

s × 1

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

카운트

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

{

displaystyle

mm

= times

{

text

{

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

1

mm

} { \

text

{

8000

counts

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

}

mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}

} 。

호밍

증분 인코더 인터페이스가 절대 위치를 추적하여 보고하려면 인코더 카운트가 인코더가 연결되어 있는 기계 시스템 내의 기준 위치와 관련되어 있어야 합니다.이것은 일반적으로 기준 위치에 맞춰질 때까지 기계 시스템(및 인코더)을 이동한 다음 관련 절대 위치 카운터를 인코더 인터페이스의 카운터에 끼우는^{[note 2]} 방식으로 구성됩니다.

근접 센서는 호밍을 용이하게 하기 위해 일부 기계 시스템에 내장되어 있으며, 기계 시스템이 "홈"(기준) 위치에 있을 때 신호를 출력합니다.이 경우, 인코더 인터페이스가 센서 신호를 수신하고, 이에 따라 대응하는 위치 값이 위치 카운터에 걸릴 때까지 기계 시스템을 이동함으로써 호밍한다.

일부 회전 기계 시스템(예: 회전 레이더 안테나)에서 "관심 위치"는 기준 방향에 대한 회전 각도입니다.일반적으로 이 인코더는 인덱스(또는 Z) 출력 신호를 가진 회전식 증분 인코더를 사용합니다.인덱스 신호는 축이 기준 방향에 있을 때 강조되며, 이로 인해 인코더 인터페이스가 기준 각도를 위치 카운터에 걸리게 됩니다.

일부 증분 인코더 애플리케이션에는 기준 위치 검출기가 없으므로 다른 방법으로 호밍을 구현해야 합니다.예를 들어, 마우스나 트랙볼 포인팅 디바이스를 사용하는 경우 일반적으로 부팅 시 중앙의 초기 화면 위치를 가정하여 디바이스를 홈으로 만들고 대응하는 카운트를 X 및 Y 위치 카운터에 고정합니다.수동 제어(예를 들어 오디오 볼륨 제어)로 사용되는 패널 인코더의 경우, 초기 위치는 일반적으로 플래시 또는 기타 비휘발성 메모리에서 검색되어 위치 카운터에 끼이고, 전원을 끄면 현재 위치 카운트는 비휘발성 메모리에 저장되며, ne의 초기 위치로 기능합니다.xt 전원이 켜집니다.

속도 측정

이와 같은 기계식 컨베이어는 일반적으로 회전식 증분 인코더를 폐쇄 루프 속도 제어를 위한 피드백 장치로 사용합니다.

증분 인코더는 일반적으로 기계 시스템의 속도를 측정하는 데 사용됩니다.이 작업은 모니터링 목적으로 수행되거나 모션 제어를 위한 피드백을 제공하거나 둘 ^[5]다 수행할 수 있습니다.여기에는 레이더 안테나 회전 및 재료 컨베이어의 속도 제어와 로봇 공학, CMM 및 CNC 기계에서의 동작 제어가 포함된다.

증분 인코더 인터페이스는 주로 기계적 변위 추적과 관련이 있으며 일반적으로 속도를 직접 측정하지 않습니다.따라서 시간에 대한 위치의 도함수를 취함으로써 간접적으로 속도를 측정해야 한다.위치 신호는 본질적으로 양자화되기 때문에 양자화 오류로 인해 특히 저속에서는 도함수를 취하는 데 어려움이 있습니다.

인코더 속도는 인코더 출력 펄스(또는 에지)^[7]의 카운트 또는 타이밍을 통해 확인할 수 있습니다.결과 값은 각각 속도를 계산할 수 있는 주파수 또는 주기를 나타냅니다.속도는 주파수에 비례하고 주기에 반비례합니다.

빈도별

위치신호가 샘플링되면(개별 시간신호), 펄스(또는 펄스 에지)는 인터페이스에 의해 검출 및 카운트되며, 속도는 일반적으로 인터페이스에 대한 읽기 액세스를 가진 컴퓨터에 의해 계산된다.이를 위해 컴퓨터는 $T_{0}$ $({$ })에서 $T_{0}$ 인터페이스로부터 $C_{0}$ $C_{0}$ ({ $displaystyle C_{$ 0 $C_{0}$ })을 읽어낸 후, 그 $T_{1}$ 에 $T_{1}$ ({ $displaystyle$ $T_{$ 1 $T_{1}$ })이 다시 카운트를 읽어 $C_{1}$ ({ $displaystyle C_1$ 을 $C_{1}$ 얻습니다. $T_{0}$ 으로 T 0 $({$ 에서 $T_{0}$ $T_{1}$ 1({ $displaystyle T_{1})$ $T_{0}$ 의 $T_{1}$ 평균 속도가 ^[2]계산됩니다.

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

p

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

(

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

1 -

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

) (

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

1 -

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

) {

displaystyle

speed =

specfrac

{ (

C _

{

1 }

- C _ { 0 } } { (

T_

{ 1 } -

T_

{

0

} }

speed={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}

。

결과 속도 값은 단위 시간당 카운트(예: 초당 카운트)로 표현됩니다.그러나 실제로는 미터/초, 회전수/분(RPM), 마일/시간(MPH) 등 표준화된 단위로 속도를 표현해야 하는 경우가 많습니다.이러한 경우 소프트웨어는 카운트와 원하는 거리 단위 간의 관계뿐만 아니라 원하는 시간 단위에 대한 샘플링 기간의 비율도 고려합니다.예를 들어 회전당 4096카운트를 생성하는 로터리 증분 인코더의 경우 초당 1회 읽혀지는 RPM은 다음과 같이 계산됩니다.

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

=

(

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

-

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

0 )

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

카운트

RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 second}}}\times {\frac {\text{60 seconds}}{\text{1 minute}}}\times {\frac {\text{1 revolution}}{\text{4096 counts}}}

{\

text{1초}}

{\text{1}} \

times {frac {60초}}

{\text

{1}}

\

frac

{\

text{1}}

{\text} {\text} {\text} {\text} {1} {\

text

} {1}

{\

freconfrecondition}

이 방법으로 속도를 측정할 경우 측정 분해능은 인코더 분해능과 샘플링 기간(두 샘플 간의 경과 시간)에 모두 비례합니다. 샘플링 기간이 ^[2]증가할수록 측정 분해능이 높아집니다.

기간별

혹은 펄스 폭 또는 주기를 측정함으로써 각 인코더 출력 펄스에서 속도 측정을 보고할 수 있다.이 방법을 사용하면 특정 시간이 아닌 특정 위치에서 측정이 트리거됩니다.속도 계산은 위와 같으나(카운트/시간) 이 경우 측정 시작 및 정지 $T_{0}$ ( $T_{0}$ 0 { $displaystyle T_{0}}$ 및 $T_{0}$ $T_{1}$ 1 { $displaystyle T_{1$ 은 시간 기준으로 제공됩니다.

이 기술은 위치 양자화 오류를 피하지만 시간 기준의 양자화와 관련된 오류를 발생시킵니다.또한 위상 오류, 대칭 오류, 공칭 ^[8]값으로부터의 전이 위치 변화 등 센서의 이상성에 더 민감합니다.

증분 인코더 인터페이스

PCI Express 6 축 증분 인코더 인터페이스.위에서 아래로: 입력 커넥터(L) 및 라인 리시버(R), FPGA, 백플레인 커넥터

증분 인코더 인터페이스는 증분 인코더로부터 신호를 수신하여 절대 위치 및 기타 정보를 생성하도록 신호를 처리하고 그 결과 얻은 정보를 외부 회로에 제공하는 전자 회로입니다.

증분 인코더 인터페이스는 ASIC, FPGA 내의 IP 블록, 마이크로 컨트롤러의 전용 페리페럴인터페이스, 폴링(소프트웨어 모니터 대상) GPIO 등 다양한 방법으로 구현됩니다.

실장에 관계없이 인터페이스는 다음 상태 변화가 발생하기 전에 모든 AB 상태 변화를 검출할 수 있을 만큼 인코더의 A 및B 출력 신호를 자주 샘플링해야 합니다.상태 변화를 검출하면, A가 B를 리드하는지 트레이스하는지 여부에 따라 위치 카운트가 증가 또는 감소합니다.일반적으로 이전 AB 상태의 복사본을 저장하고, 상태 변경 시 현재 및 이전 AB 상태를 사용하여 이동 방향을 결정합니다.

회선 수신기

증분 인코더 인터페이스는 다양한 유형의 전자회로를 사용하여 인코더 생성 신호를 수신합니다.이러한 라인 리시버는 다운스트림인터페이스 회로를 보호하기 위한 버퍼로서 기능하며, 많은 경우 신호 조절 기능도 제공합니다.

싱글 엔드

증분 인코더 인터페이스는 일반적으로 슈미트 트리거 입력을 사용하여 싱글 엔드(예를 들어 푸시 풀, 오픈 컬렉터) 출력을 가진 인코더로부터 신호를 수신합니다.이러한 유형의 라인 리시버는 본질적으로 (입력 이력)을 통해) 로우 레벨 노이즈를 거부하고, 무효(파괴 가능성이 있는) 로직 신호 레벨로부터 다운스트림 회로를 보호합니다.

차동

RS-422 라인리시버는 일반적으로 차동출력을 가진 인코더로부터의 신호를 수신하기 위해 사용됩니다.이 유형의 수신기는 공통 모드 노이즈를 거부하고 착신 차동 신호를 다운스트림 논리 회로에 필요한 싱글 엔드 형식으로 변환합니다.

미션 크리티컬 시스템에서는 인코더 전원 손실, 신호 드라이버 장애, 케이블 장애 또는 케이블 연결 해제로 인한 입력 신호 손실을 검출하기 위해 인코더 인터페이스가 필요할 수 있습니다.이것은, 통상, 유효한 입력 신호의 부재를 검출해, 「신호 소실」상태 출력을 개입시켜 이 상태를 보고하는 확장 RS-422 회선 리시버를 사용해 실현됩니다.정상적인 동작에서는 입력 상태 전환 중에 상태 출력에 글리치(단순 펄스)가 나타날 수 있습니다.일반적으로 인코더 인터페이스는 상태 신호를 필터링하여 글리치가 손실 신호로 잘못 해석되지 않도록 합니다.인터페이스에 따라서는 후속 처리에는 신호 손실을 검출했을 때 인터럽트 요구를 생성하고 오류 로깅 또는 장애 분석을 위해 애플리케이션에 알림을 보내는 것이 포함될 수 있습니다.

클럭 동기화

2-FF 싱크로나이저라인 수신기의 출력 신호가 D에_in 적용되고 D 신호가_out 직교 디코더로 전송됩니다.

클럭 주파수가 높을 경우 싱크로나이저는 비트 오류율을 낮추기 위해 3개 이상의 플립 플랍을 사용할 수 있습니다.

증분 인코더 인터페이스는 크게 클럭 신호에 의해 페이싱되는 시퀀셜 로직으로 구성됩니다.단, 착신 인코더 신호는 인코더 이동만으로 타이밍이 결정되기 때문에 인터페이스 클락에 대해 비동기적입니다.따라서 준안정성에 기인하는 에러를 회피하고 직교 ^[9]디코더의 클럭 도메인에 신호를 강제하기 위해 A 및 B(사용되는 경우 Z 및 알람도 마찬가지) 라인 리시버로부터의 출력 신호는 인터페이스 클럭에 동기화되어야 한다.

일반적으로 이 동기화는 여기에 나와 있는2개의 플립 플랍싱크로나이저와 같은 독립된 싱글신호 싱크로나이저에 의해 실행됩니다.매우 높은 클럭 주파수 또는 매우 낮은 에러 레이트가 필요한 경우 싱크로나이저는 허용 가능한 낮은 비트 에러 ^[10]레이트를 달성하기 위해 추가 플립 플랍을 포함할 수 있습니다.

입력 필터

대부분의 경우 인코더 인터페이스는 동기화된 인코더 신호를 더 처리하기 전에 필터링해야 합니다.이것은 모터 어플리케이션에서^[11] 흔히 볼 수 있는 저레벨 노이즈와 짧은 대진폭 노이즈 스파이크를 배제하고 기계식 인코더의 경우 기계적 접촉 바운스로 인한 카운트 오류를 피하기 위해 A와 B를 디버운스하기 위해 필요할 수 있다.

하드웨어 기반 인터페이스에서는 많은 경우 인코더 신호에 프로그램 가능한 필터가 제공되며, 이를 통해 다양한 필터 설정이 제공되므로 필요에 따라 컨택을 디바운스하거나 노이즈 또는 느린 슬루잉 신호로 인한 과도현상을 억제할 수 있습니다.소프트웨어 기반 인터페이스에서는 일반적으로 A와 B는 (폴링 또는 엣지 인터럽트를 통해) 샘플링되고 소프트웨어에 의해 디버깅되는 GPIO에 연결됩니다.

직교 디코더

직교 디코더는 증분 인코더로부터의 A 및 B 신호를 동기 업/다운 카운터를 제어하기 위해 사용되는 방향 및 카운트 활성화 신호로 변환한다.

증분 인코더 인터페이스는 일반적으로 직교 디코더를 사용하여 A 및 B 신호를 양방향(업 및 다운 카운트) 동기 카운터를 제어하는 데 필요한 방향 및 카운트 활성화(클럭 활성화) 신호로 변환합니다.

일반적으로 직교 디코더는 A 및 B 신호를 동시에 샘플링하여 "AB" 샘플을 생성하는 유한 상태 머신(FSM)으로 구현됩니다.각 새 AB 샘플을 획득하면 FSM은 나중에 분석할 수 있도록 이전 AB 샘플을 저장합니다.FSM은 새로운 AB 상태와 이전 AB 상태의 차이를 평가하고 검출된 AB 상태 ^[11]시퀀스에 적합한 방향 및 카운트 활성화 신호를 생성합니다.

**직교 디코더 상태 테이블**
묘사	AB 상태		출력
	이전의	현재의	CE			DIR	에러
	이전의	현재의	x1	x2	x4	DIR	에러
"전진" 방향으로 1증분 이동 (A가 B를 리드)	00	10	1	1	1	1	0
	10	11	0	0
	11	01		1
	01	00		0
'역방향'으로 1증분 이동 (B가 A를 리드)	00	01		0		0
	01	11		1
	11	10		0
	10	00	1	1
움직임이 감지되지 않음	00	00	0			X
	01	01
	10	10
	11	11
미확정 증분을 이동했습니다.	00	11					1
	01	10
	10	01
	11	00

상태 천이

연속되는 두 개의 AB 샘플에서 A 또는 B의 논리 레벨이 변경되거나 두 레벨 모두 변경되지 않을 수 있지만, 정상 작동 시 A와 B는 모두 변경되지 않습니다.이 점에서 각 AB 샘플은 사실상 2비트 그레이 코드입니다.

전진 방향 이동
역방향 이동
움직이지 않다
에러

통상의 이행

A 또는 B만이 상태를 변경하는 경우 인코더가 측정 분해능의 1증분을 이동했다고 가정하고 이에 따라 직교 디코더는 카운트를 변경할 수 있도록 카운트 활성화 출력을 아사트합니다.인코더의 이동 방향(전진 또는 후진)에 따라 디코더는 방향 출력을 단언 또는 부정하여 카운트를 증가 또는 감소시킵니다(또는 그 반대).

A와 B가 모두 변경되지 않은 경우 인코더가 이동하지 않은 것으로 간주되므로 직교 디코더는 카운트의 이니블 출력을 무효화하고 카운트는 변경되지 않습니다.

에러

연속된 AB 샘플로 A와 B의 양쪽 논리 상태가 변화한 경우, 직교 디코더에서는 인코더가 어느 방향으로 이동했는지를 판단할 수 없습니다.이 문제는 인코더 속도가 너무 빨라서 디코더가 처리할 수 없는 경우(즉, AB 상태 변화 속도가 직교 디코더의 샘플링 속도를 초과합니다. 나이키스트 속도 참조) 또는 A 또는 B 신호에 노이즈가 있을 때 발생할 수 있습니다.

대부분의 인코더 어플리케이션에서는 카운터가 인코더 위치를 정확하게 표시하지 않기 때문에 이는 치명적인 이벤트입니다.따라서 직교 디코더는 종종 A와 B 상태가 동시에 변화할 때 단언되는 추가 오류 신호를 출력합니다.이 조건의 중대도와 시간에 민감한 특성 때문에 오류 신호가 인터럽트 요구에 연결되는 경우가 많습니다.

클럭 승수

직교 디코더는 증분 위치 변경마다 카운트를 변경할 수 있는 것은 아닙니다.디코더가 증분 위치 변화를 감지하면(A 또는 B의 전환으로 인해 둘 다 아님) AB 상태 전환 및 디코더의 클럭 승수에 따라 카운트가 변경되거나 카운트가 금지될 수 있습니다.

직교 디코더의 클럭 승수는 A 또는B 펄스 주파수의 배수가 되는 카운트 레이트를 산출하기 때문에 이 이름이 붙습니다.디코더 설계에 따라 클럭 멀티플라이어는 설계에 유선 연결되거나 입력 신호를 통해 런타임 구성이 가능합니다.

클럭 승수 값은 1, 2 또는 4(일반적으로 "x1, x2" 및 "x4" 또는 "1x", "2x" 및 "4x"^[12]로 지정됨)입니다.x4 승수의 경우 AB 상태가 바뀔 때마다 카운트가 변경되므로 카운트 속도는 A 또는 B 주파수의 4배에 해당합니다.x2 및 x1 승수를 사용하면 위의 직교 디코더 상태 표에서 알 수 있듯이 일부 AB 상태 변경에서 카운트를 변경할 수 있습니다(주의: 이 표는 x2 및 x1 승수에 대해 가능한 몇 가지 구현 중 하나이며 다른 구현에서는 다른 AB 전환에서 카운트를 활성화할 수 있습니다).

포지션 리포트

애플리케이션의 관점에서 증분 인코더 인터페이스의 기본적인 목적은 온 디맨드로 위치 정보를 보고하는 것입니다.어플리케이션에 따라서는 프로그램 제어 하에 컴퓨터가 언제든지 위치 카운터를 읽을 수 있도록 하는 것만으로 간단할 수 있습니다.보다 복잡한 시스템에서는 위치 카운터가 중간 상태 기계에 의해 샘플링 및 처리될 수 있으며, 중간 상태 기계는 샘플을 컴퓨터가 사용할 수 있게 한다.

샘플 레지스터

인코더 인터페이스는 일반적으로 위치 보고를 용이하게 하기 위해 샘플 레지스터를 사용합니다.컴퓨터가 프로그램 제어 하에 위치 정보를 요구하는 단순한 경우, 인터페이스는 위치 카운터를 샘플링하고(즉, 현재 위치 카운트를 샘플 레지스터에 복사) 컴퓨터는 샘플 레지스터에서 카운트를 읽습니다.이 메커니즘은 원자 작동을 초래하므로 샘플 데이터의 무결성을 보장하며, 그렇지 않으면 위험에 처할 수 있습니다(예: 샘플의 워드 크기가 컴퓨터의 워드 ^[1]크기를 초과하는 경우).

트리거 샘플링

경우에 따라서는 컴퓨터가 프로그래밍된 I/O를 통해 적절한 타이밍 정밀도로 위치 정보를 획득하지 못할 수 있습니다.예를 들어, 컴퓨터는 소프트웨어 타이밍의 가변성으로 인해 시기적절한 정기 스케줄(예를 들어 속도 측정용)에 따라 샘플을 요구할 수 없을 수 있습니다.또, 일부의 애플리케이션에서는, 외부 이벤트 발생시에 샘플을 요구할 필요가 있어, 컴퓨터가 시기적절하게 요구하지 못할 수도 있습니다.인코더 속도와 분해능이 높을 경우 IRQ가 시그널링된 시간과 인터럽트 핸들러에 의해 샘플 요구가 발행된 시간 사이에 인코더가 이동할 수 있기 때문에 인터럽트를 사용하여 샘플을 요구해도 위치 측정 오류가 발생할 수 있습니다.

이러한 한계를 극복하기 위해 증분 인코더 인터페이스는 하드웨어 트리거 샘플링 기능을 구현하는 것이 일반적이며, 이를 통해 트리거 입력 신호에 ^[1]따라 정확하게 제어되는 시간에 위치 카운터를 샘플링할 수 있습니다.이는 특정 시간 또는 물리적 이벤트에 대한 응답으로 위치를 샘플링해야 할 때 중요합니다.또, 복수의 인코더 인터페이스의 위치 카운터를 동시에 샘플링 할 필요가 있는 멀티 축 모션 제어나 CMM 등의 애플리케이션에서 필수적입니다.

많은 애플리케이션에서 컴퓨터는 각 샘플이 언제 수집되었는지, 인터페이스에 여러 트리거 입력이 있는 경우 샘플 수집을 트리거한 신호를 정확하게 알아야 합니다.이러한 요건을 충족하기 위해 인터페이스는 일반적으로 모든 샘플에 타임스탬프와 트리거 정보를 포함합니다.

이벤트 알림

샘플링 트리거는 대부분의 경우 소프트웨어 실행과 관련하여 비동기적입니다.따라서 트리거 신호에 따라 위치 카운터가 샘플링되면 샘플이 사용 가능함을 컴퓨터에 통지해야 합니다(일반적으로 인터럽트를 통해).이를 통해 소프트웨어를 이벤트 구동(vs. 폴링)할 수 있으므로 응답성이 뛰어난 시스템 동작을 촉진하고 폴링 오버헤드를 제거할 수 있습니다.

샘플 FIFO

연속 샘플링 트리거는 컴퓨터가 결과 샘플을 처리할 수 있는 속도보다 더 빠르게 발생할 수 있습니다.이 경우 샘플 레지스터의 정보는 컴퓨터에서 읽기 전에 덮어쓰기되어 데이터가 손실됩니다.이 문제를 피하기 위해 일부 증분 인코더 인터페이스에서는 ^[1]샘플의 FIFO 버퍼가 제공됩니다.각 샘플이 획득되면 FIFO에 저장됩니다.컴퓨터가 샘플을 요구하면 FIFO에서 가장 오래된 샘플을 읽을 수 있습니다.

메모들

^ 인코더의 A 및 B 출력 신호는 절대 위치를 나타내지 않습니다.단, 인덱스 신호가 존재하여 단언되면 인코더가 기준 위치에 있음을 나타냅니다.이는 일부 어플리케이션에서는 절대 위치가 될 수 있습니다.
^ 동기 디지털 카운터의 맥락에서 "재밍"은 저장된 카운트를 특정 값으로 변경하는 행위입니다.이 값은 카운터의 병렬 데이터 입력에 적용되며 카운터의 Load Enable(또는 동등한) 입력이 카운트 변경을 호출하도록 주장됩니다.이 작업 중에는 일반 카운트가 일시적으로 비활성화됩니다.

레퍼런스

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외부 링크

Wikimedia Commons의 증분 인코더 관련 미디어

[abs-5] 인코더의 A 및 B 출력 신호는 절대 위치를 나타내지 않습니다.단, 인덱스 신호가 존재하여 단언되면 인코더가 기준 위치에 있음을 나타냅니다.이는 일부 어플리케이션에서는 절대 위치가 될 수 있습니다.

[jam-8] 동기 디지털 카운터의 맥락에서 "재밍"은 저장된 카운트를 특정 값으로 변경하는 행위입니다.이 값은 카운터의 병렬 데이터 입력에 적용되며 카운터의 Load Enable(또는 동등한) 입력이 카운트 변경을 호출하도록 주장됩니다.이 작업 중에는 일반 카운트가 일시적으로 비활성화됩니다.

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