绝对型和增量型编码器

从定义看，旋转编码器能实现满度（360度）旋转运行，而角编码器或角传感器是用于360度以内的运转角，增量型编码器和绝对型编码器间的差异就更大了。

顾名思义，绝对型编码器能提供运转角度范围内的绝对位置信息，也就是表示其精确位置的一种模式或编码。与之相比，增量型编码器则可为每个运动增量提供输出脉冲。为了计算绝对位置，增量型编码器通常需要集成一个独立的通道——索引通道，它可以在每次旋转到定义的零点或原点位置时提供一个脉冲。通过计算来自这个原点的脉冲，可以计算出绝对位置。一旦断电，安装了增量型编码器的系统必须在重新设置机械原点之后，才能再一次恢复绝对位置。

接触式和非接触式传感器

所有的绝对型和增量型编码器都有接触式和非接触式两种传感器。
电位计是典型的接触式绝对型角传感器，有一个在碳电阻或塑料薄膜上的滑动触点。这个可变电阻与角度（或线性）滑动触点的移动位置成正比。
相反，典型的非接触式增量器件是一种光电编码器。它由一个红外对射式光电传感器和一个由遮光线和空隔构成的码盘组成。当码盘旋转时，遮光线和空隔能阻拦红外光束或让其通过。同样，目前市场上的反射式光电编码器也是在同一平面上安装了LED和光电检测器。这些编码器都能感应到来自旋转码盘遮光线的红外光束的反射。

根据机械接触的原理，接触式传感器的固有缺点在于使用寿命和可靠性有限。因此，非接触式旋转编码器和角编码器在很多领域得到了应用，特别是工业和汽车领域，因为这些领域要求在恶劣的环境下仍然确保高可靠性。

目前，非接触式传感器普遍采用光电、感应或磁技术。光电传感器的应用已经有几十年的历史，市场上有各种类型和尺寸的产品。

由于基于感应、磁阻或霍尔原理的编码器需要更加复杂的信号调节电路，而随着芯片体积的减小，以及相同成本下可集成功能的增加，越来越多的应用开始选择采用光电编码器和电位计。


光电编码器

虽然光电编码器也是非接触式，但它仍然存在一些明显的缺点。一方面，对射式光电传感器不仅会被码盘上的遮光线和空隔触发，也会受灰尘和污物颗粒的影响，这在遮光和空隔细小的高精度码盘上尤为明显。要想解决这个问题，就需要对编码器系统环境进行密封。即使如此，传感器内的湿度也会因温度的变化而上升，可能会阻塞码盘，使编码器在高湿度的情况下无法使用。另一方面，红外LED的使用寿命有限，在一些高安全性要求的应用中，预防性的更换周期通常为6到12个月。

增量型光电编码器的码盘边缘附近有一圈由重复的相同遮光线和空隔组成的轨道。遮光线数的多少决定了解码器精度的高低。不过，为了检测码盘旋转的方向，还需要安装两个相邻的光电晶体管，它们通常被称为A和B通道，可产生两相转换的脉冲序列。两个信号间的相位关系决定了旋转的方向。在更高精度的编码器中，A和B通道采用两个独立的轨道。在许多情况下，还需要增加一个索引道，以指示零点或原点位置。市场上有各种精度的增量码盘可供选择，1-2英寸直径的码盘每转的计数范围在32至2,500之间。

绝对型光电编码盘的每位精度都需要一个轨道和等量的光电传感器（例如，一个12位编码器的码盘需要12个轨道）。码盘通常采用二进制或格雷码进行编码。绝对型光电传感器主要有10位和12位两种型号。更大字长度的产品也有供应，考虑到成本因素，只能用于一些特殊应用。

磁传感器

利用测量磁场原理的磁传感器有很多优于光电系统的地方，特别是在一些灰尘、污物、油脂、潮湿的恶劣环境下，因为磁场不会受这些污染物的影响。

感应传感器

感应传感器是基于一个或多个固定线圈与一个移动线圈间的磁耦合原理的传感器。旋转感应传感器也称作解析器。它采用线绕线圈，在8kHz 的典型激发频率下工作，可提供与旋转线圈的角度成正比的调幅正弦和余弦信号。其幅度包络线类似于每次旋转的一个完整的正弦和余弦波形。一个名为RTD（解析器至数字，Resolver-To-Digital）的附加电路的转换器可将这些信号转换成10位或16位典型精度的角度信息。
解析器的体积和价格与光电解码器相当，这限制了其在在工业领域的应用。采用AC频率激发线圈可能会在一些应用中产生负面影响，如电磁辐射会影响系统的其他电子部件。

MR 传感器

磁阻（MR）传感器是一种无源器件，它能改变磁场中的电阻。最常见的两种类型是AMR和GMR传感器。

AMR（各向异性磁阻）由多层合金片构成。GMA（巨磁阻）传感器由二个或多个由无磁层隔开的铁磁层组成。这些传感器对磁场非常敏感，因此可用在电子罗盘或硬盘和磁带存储驱动器的读写头上。MR传感器可用于角度测量，它采用小型IC封装（典型为SO-8封装），集成了两个MR桥路，可提供与传感器中央的旋转磁铁角度成正比的正弦和余弦信号。
利用一个适当的外部插入器电路，这些传感器可在180度或360度的旋转范围内提供精度高达13位的模拟或数字角度信息。然而，MR传感器的敏感性并不是处处受欢迎的，特别是它存在一些不必要的外部磁场。从技术角度看，将MR传感器集成到信号调节芯片是切实可行的，但需要一些额外的后处理步骤，从而增加了此类传感器解决方案的生产成本。

霍尔传感器

基于霍尔效应的传感器可提供一个与磁通量密度成正比的电压。它无需额外的处理步骤就能与标准的CMOS晶圆制造工艺进行整合。通常它是以单芯片加信号调节电路的形式供货。霍尔传感器有不同的输出格式，如作为开关、某种磁场门限的开启/关断或线性传感器，以提供与磁场强度成正比的放大模拟输出电压。这些相对简单的传感器采用小型2-4引线或SMT封装。

霍尔开关可用作齿轮传感器、接近开关、电机换向开关。齿轮传感器与永磁磁铁一起安装在齿轮边缘，齿轮的每个齿经过传感器一次就产生一个脉冲。系统的精度是由齿轮上的齿数限定的。无刷DC电机中的换向开关可将转子位置反馈给电机驱动电路。每个电机需要3个霍尔开关，1个开关对应一个相位。

线性霍尔传感器可用作接近开关、电流传感器或最大旋转角度为90度的绝对型角传感器。在角传感器应用中，传感器检测旋转的二极完全磁化的磁铁的磁场强度。产生的输出波形是正弦波，每转一圈形成一个完整的波形。当磁场强度受到磁铁和传感器相对位置的强烈影响时，线性霍尔传感器需要严格的水平和垂直的容差，以保证生成正弦波的幅度。这类传感器易受外部磁场的影响，可能需要磁屏蔽，否则就不能用于存在外部磁场的应用。正弦曲线输出对于角度的关系限定了角度旋转范围。有效的角度测量范围仅为0+/-45度之间，这个范围的正弦波形状几乎是线性的。

温度对线性霍尔传感器也有不利的影响，因为磁场强度以及传感器信号幅度会随着温度变化而变化。为了弥补这个不足，必须通过传感器或评估软件去了解并纠正磁铁的温度系数。

智能化磁旋转编码器

近年来，一种新型的非接触编码器已经出现：智能化传感器，它包括集成在同一个芯片上的霍尔传感器、信号调节、模数转换器和微控制器。
这些集成的磁旋转编码器克服了光电、磁阻、感应和线性霍尔传感器以及高度复杂和高度集成的电子元件开关的缺点。它充分利用了磁感应原理，无须进行屏蔽或密封，就能适应恶劣的工作环境。

与只采用一个霍尔元件的霍尔开关或线性霍尔传感器不同，集成的磁旋转编码器采用4个或4个以上的霍尔元件，与模数转换器、数字信号处理（DSP）及解码器一起嵌入在一块单芯片中，以提供各种类型的输出。与MR传感器桥接相同，它需要一个简单的两极完全磁化的磁铁作为输入器件，在360度的磁铁工作角度范围内提供成正比的正弦和余弦信号。
它拥有MR传感器不具备的优点，即能轻松地将霍尔传感器集成到标准芯片制造工艺中，可以更好地控制传感器，例如匹配、增益、纠错和温度偏差。

奥地利微电子提供从8位增量到12位绝对输出的各种集成的磁旋转编码器，即每转从256到4096步进，具有增量正交、绝对串行、模拟和PWM输出，如图1所示。此外，还可提供一种针对无刷DC（BLDC）电机的同步换相输出。

图1 (略)

直径仅4-6mm的磁铁，加上小型16引脚SSOP IC，体积只有光电编码器和解析器那么大。

集成的信号处理器可同步监测所有霍尔元件，以每秒上万次的速度计算磁铁角度的变化。特殊的算法可使转速达到10，000 rpm，且在增量模式下不会丢失脉冲。

这些器件采用专用的传感技术，能进行水平偏离容错、改变磁铁与IC、振动甚至外部磁场间的间隙。

集成的磁旋转编码器不需要线性霍尔传感器必需的温度补偿。芯片能自动在-40度到+125度的工作温度范围内改变磁场强度。

一次性编程（OTP）寄存器的应用使用户能对芯片进行设置。OTP选件包括几个专用器件的选择，如增量分辨率（每转脉冲）、旋转方向、模拟输出范围、PWM频率、BLDC转子电极对，等等。

用户可编程的零点设置可省去精确的磁铁旋转定位，从而极大地简化了装配工艺。

所有元件均集成在一块芯片上的解决方案，只需要一块磁铁，就可以提供免维护的运行环境。诊断输出能监测磁铁的位置和距离，适合于安全要求极高的设备应用。

非接触运行、高可靠性、小体积、高分辨率和低廉的总体系统成本使得集成磁旋转编码器成为替代绝对型和增量编码器、光电编码器、电位计或旋转开关的理想解决方案，可广泛应用于需要精确角度感应测量的工业、汽车甚至消费领域。

除了作为封装的编码器替代光电编码器和电位计以外，集成磁旋转编码器IC还能用于人机接口、电机驱动阀、方向盘传感器、汽车变速箱编码器、电梯、药剂泵、旋转式卫星天线、浆轮流量表和其他一些应用。