常见编码器输出信号比较
在为运动控制应用选择编码器时，需要在众多产品中作出选择。负责指定传感器的工程师必须确定其应用需要的是增量编码器、绝对值编码器，还是换相编码器。一旦确定需要的类型，他们就需要考虑一长串其他参数，例如：分辨率、安装方式、电机轴尺寸等等。此外，有时会忽略需要的编码器输出信号类型。有时答案并不明确，所以在这篇文章中，我们会审视几乎所有编码器中都有的三种主要输出类型：集电极开路、推挽式和差分线路驱动器。这三种输出类型描述了数字通信的物理层面。
无论是增量编码器的正交输出、换相编码器的电机极输出，还是使用特定协议的串行接口，所有这些输出信号都是数字信号，且都具有高低状态。也就是说，一个5 V 编码器的信号会一直在0 V（对地）的低压（或二进制0），与5 V 的高压（或二进制1）之间切换。在本文中，我们将重点了解输出基本方波的增量编码器输出。
集电极开路输出
市面上大多数旋转编码器都采用集电极开路输出。这就意味着可以将数字信号的对地输出压低，而在认为信号电平高时，只需断开输出的连接即可。这种输出称为集电极开路，是因为输入信号电平高时，晶体管上的集电极引脚就会保持开路或断开。
要与该设备连接，需用一个外部电阻将集电极“提升”至所需的高电压电平。这是一种有用的输出类型，可帮助工程师尝试与具有不同电压电平的系统连接。可以提升集电极的电压电平，以满足低于或高于编码器工作电压的条件。
然而，该连接的劣势常常掩盖住改变编码器电压电平的功能。在集电极开路编码器上加装外部电阻并不是非常困难，许多现成的控制器已经内置了外部电阻，但这些外部电阻的运行需要消耗电流，且会影响输出信号，从而随着频率改变信号特性。让我们重新考虑增量编码器的方波，只是这次我们将其调整到非常接近其中一种状态变化。我们希望数字信号能够立即实现从低到高的转换，但我们当然明白一切都需要时间。我们将这一时间延迟称为转换速率。
在集电极开路输出中，由于电阻在RC时序电路中充当R，转换速率受提升电阻的电阻值影响。如果转换速率降低，编码器的运行速度也会降低（和/或增量编码器的分辨率也会降低）。使用较低值的电阻（提升较强）可以提高转换速率，但这种折衷会让系统消耗更多功率，因为当信号较低时，提升电阻必须通过系统消耗更多电流。
推挽式输出
弥补集电极开路连接缺点的最佳选择是推挽式配置。推挽式配置使用两个晶体管，而不是一个。上部晶体管用作有源提升件，下部晶体管则与集电极开路配置中的晶体管工作方式相同。推挽式配置可实现快速数字转换，比调节信号线的电阻所能实现的转换速率更高。如果没有电阻耗散功率，这种输出类型的功率耗用量也会比较低。这使得推挽式输出成为电池供电应用的更好选择，因为此种应用的可用功率非常宝贵。
差分线路驱动器输出
推挽式编码器的性能虽然优于之前的集电极开路编码器，但由于它是单端输出，所以不一定适合所有项目。如果应用需要较长的布线距离，或者使用的电缆会承受大量电噪音和干扰，那么带差分线路驱动器输出的编码器会是最佳选择。差分输出是通过与推挽式输出相同的晶体管配置生成的，但不是只产生一个信号，而是两个。这些信号被称为差分对；其中一个信号与原始信号匹配，而另一个信号则与原始信号完全相反，因而它有时被称为互补信号。
在单端输出中，接收器始终参考相对于公共接地的传输信号。然而在电压和转换速率趋于降低的长布线距离中，经常发生信号错误。在差分应用中，主机生成原始的单端信号，然后信号进入差分发射器。该发射器产生差分对，通过电缆发送出去。接收器在产生两个信号之后，不再参考对地电压电平，而是参考相互之间的信号。这意味着接收器不是确定特定的电压电平，而是一直在参考两个信号之间的差值。然后差分接收器将该对信号重构为一个单端信号，主机设备可使用主机所需的适当逻辑电平转换该信号。这类接口还能通过差分收发器之间的通信，让具有不同电压电平的设备一起运行。所有这些设备共同工作，以克服单端应用可能因布线距离长而发生的信号衰减。
然而，信号衰减不是长布线距离引起的唯一问题。系统内的布线越长，电噪音和干扰进入电缆并最终进入电气系统的可能性就越大。噪音进入线缆之后，就会显示为不同大小的电压。在使用单端输出编码器的系统中，这可能导致系统的接收侧读取错误的高低逻辑值，从而导致产生错误的位置数据。这是个大问题！所幸差分线路驱动器接口可以妥善处理这种噪音。电缆长度超过1米时，奥凯特通常推荐使用差分线路驱动器。
使用差分线路驱动器时，需要使用双绞线。双绞线由A和A-信号线缆组成，它们在既定距离内缠绕成指定圈数。使用这种类型的电缆，在一条信号线上产生的噪音会被同等地施加在另一条线上。如果A信号电压骤升，A-信号同样会遭遇骤升。因为差分接收器相互减去信号以获得重构信号，所以它将忽略两条线上相同的噪音。差分接收器忽略两条信号线上相同电压的能力称为共模抑制。差分线路驱动器接口具有抑制噪音能力，因而在工业和汽车应用中得到普遍使用。