Da dove deriva l'errore di interpolazione dei dischi encoder seno/coseno? I 4 indicatori della qualità del segnale
L'offset DC, la differenza di ampiezza, lo scostamento della fase da 90° e la distorsione armonica dei segnali seno/coseno generano un errore di interpolazione periodico all'interno di ogni periodo del segnale. L'articolo illustra come stimare ciascun contributo, i fattori di influenza sul lato del disco e come verificare i segnali con la figura di Lissajous.
2026-10-05 · Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd.
La testina di lettura seno/coseno genera due segnali sfasati di 90°; il circuito di interpolazione calcola la fase a partire da questi due segnali e suddivide un periodo del segnale in centinaia o migliaia di parti. In un segnale ideale i due canali hanno la stessa ampiezza, sono privi di offset DC, sono esattamente in quadratura e hanno una forma d'onda perfettamente sinusoidale. Qualsiasi scostamento da una di queste condizioni genera un errore di interpolazione periodico all'interno di ogni periodo del segnale.
1. I quattro indicatori e gli errori che provocano
| Indicatore | Ripetizioni dell'errore in un periodo del segnale | Ampiezza dell'errore (per piccoli scostamenti, in angolo elettrico) |
|---|---|---|
| Offset DC (ampiezza relativa ε) | 1 volta | circa ε rad |
| Differenza di ampiezza (differenza relativa δ) | 2 volte | circa δ/2 rad |
| Scostamento della fase da 90° (φ) | 2 volte | circa φ/2 rad |
| Terza armonica | 4 volte | Aumenta con il contenuto armonico |
2. Esempio di calcolo: disco encoder da 2048 linee
Con 2048 linee un periodo del segnale vale 360° ÷ 2048 ≈ 632.8″. 1 rad di angolo elettrico corrisponde a 632.8″ ÷ 2π ≈ 100.7″:
- Offset DC dell'1%: errore di circa 0.01 rad, cioè circa 1.0″
- Differenza di ampiezza del 2%: errore di circa 0.01 rad, cioè circa 1.0″
- Scostamento della fase di 1° (circa 0.0175 rad): errore di circa 0.0087 rad, cioè circa 0.9″
Quanto più alto è il fattore di interpolazione, tanto più evidenti diventano questi errori. Molti chip di interpolazione dispongono di controllo automatico del guadagno e correzione dell'offset, che riducono i primi due contributi; la qualità del pattern del disco resta tuttavia la base.
3. Fattori di influenza sul lato del disco
- Duty cycle e qualità dei bordi delle linee: determinano quanto la forma d'onda si avvicina a una sinusoide e influiscono sulle armoniche
- Uniformità del passo delle graduazioni: influisce sull'errore di divisione sull'intero giro
- Densità ottica o contrasto di riflettanza: determinano l'ampiezza del segnale e il rapporto segnale/rumore; si veda Contrasto tra alta e bassa riflettanza nei dischi encoder riflettenti
- Eccentricità: genera un errore angolare che si ripete una volta per giro e fa inoltre oscillare l'ampiezza del segnale in funzione dell'angolo di rotazione
- Gap e inclinazione tra disco e testina di lettura: influiscono sull'ampiezza e sulla coerenza tra i due segnali
4. Verifica dei segnali con la figura di Lissajous
Collegando i segnali sin e cos a un oscilloscopio in modalità XY e ruotando il disco, un segnale ideale produce un cerchio perfetto. Se il centro del cerchio è spostato rispetto all'origine, è presente un offset DC; un'ellisse orizzontale o verticale indica ampiezze diverse; un'ellisse inclinata indica uno scostamento della fase da 90°; un contorno poligonale indica un contenuto armonico elevato. In fase di collaudo si possono registrare ampiezza, offset, differenza di fase e contenuto armonico.
Nella richiesta d'offerta indichi il numero di periodi del segnale, il modello della testina di lettura o del chip di interpolazione e i requisiti relativi a duty cycle e qualità dei bordi.
Articolo redatto dall'ufficio tecnico di Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Jingzheng Optoelectronics produce dischi encoder in vetro, dischi encoder metallici riflettenti, dischi encoder in PC e dischi encoder su misura. Sito ufficiale www.encoderdisk.cn, telefono 0316-8933331.