症狀：方波出現臺階或中間電平——通道短接與驅動衝突

方波出現臺階，多是兩路輸出短接或兩個推輓驅動器互相拉扯，中間電平由輸出電阻分壓決定：V_mid ≈ V_H·R_L/(R_H + R_L)。本文推導臺階電平與輸出阻抗的關係，說明臺階為何出現在另一路翻轉處，給出逐路測量步驟和排除碼盤原因的判據。

示波器上看編碼器 A 相方波，高電平不是一條平線：前半段只有 2～4 V，後半段才到 5 V；低電平也被抬起一截。臺階每個週期都出現，位置很固定。有人懷疑碼盤髒了或讀數頭壞了，其實碼盤不可能讓一路數字輸出出現中間電平。這類臺階幾乎都是電氣問題：兩路輸出被短接，或者兩個驅動器接在了同一根線上。本文用輸出電阻分壓把臺階電平算出來，說明它為什麼恰好出現在另一路翻轉的時刻，再給出逐路測量的排查步驟。

模型：輸出電阻分壓

推輓輸出級可用戴維南等效：輸出高時相當於電源 V_H 串聯上管導通電阻 R_H，輸出低時相當於地串聯下管導通電阻 R_L。A、B 兩路之間有短接電阻 R_s（線芯破損、插針橋連、焊錫連錫）。

兩路同為高或同為低時沒有電流流過 R_s，電平正常。A 高、B 低時，電流從 A 的上管經 R_s 流進 B 的下管：

V_A = V_H·(R_s + R_L)/(R_H + R_s + R_L)，V_B = V_H·R_L/(R_H + R_s + R_L)

R_s → 0 時兩者都趨於 V_mid = V_H·R_L/(R_H + R_L)。

算例（假設）：5 V 推輓，R_H = 30 Ω，R_L = 15 Ω。硬短接時 V_mid ≈ 1.67 V，正好落在 TTL 輸入 0.8～2.0 V 的不確定區，接收端可能隨機判高判低；電流約 111 mA，多數驅動器會進入限流，此時電平由限流值決定，不再按電阻分壓。R_s = 100 Ω 時，A 高電平從 5 V 掉到 3.97 V，A 低電平抬到 0.52 V，接收端仍能正確判讀，但噪聲餘量明顯縮小（見圖2左）。

兩個推輓驅動器接在同一根線上（驅動衝突）是同一個電路，只是 R_s ≈ 0、兩個驅動器各自翻轉：一方高、一方低時線電平落到 V_mid 附近，並伴隨大電流和發熱。

臺階為什麼在另一路翻轉處

A、B 相差 90° 電角度，A 的每個高電平半週期裡 B 恰好翻轉一次。前 90° 是“A 高 B 低”，有電流，電平被拉低；後 90° 是“A 高 B 高”，沒有電流，電平恢復。低電平半週期同理。所以臺階邊界與 B 的邊沿嚴格同時，臺階寬度始終是 90° 電角度，隨轉速成比例縮短。

用三個電平還能反推電阻：設 V2 為 A 高 B 低時的 A 電平，V3 為 A 低 B 高時的 A 電平，則

(V_H − V2) : (V2 − V3) : V3 = R_H : R_s : R_L

上例 V2 = 3.97 V、V3 = 0.52 V，比值為 1.03 : 3.45 : 0.52，即 30 : 100 : 15。從波形上就能估出短接電阻約為上管電阻的幾倍。

差分 RS-422 接法同樣會出問題，只是不容易暴露。以 120 Ω 終端、上述驅動引數計算，A+ 與 B+ 硬短接時，A 的差分幅值在 B 反相的半段從約 3.6 V 降到約 1.6 V，仍遠高於接收器 ±200 mV 門限，計數可能完全正常，但驅動器長期大電流工作，抗干擾餘量也被吃掉一半以上。

與反射、串擾的區別

• 短接或衝突：臺階出現在另一路翻轉處，持續到下一次翻轉，寬度為 90° 電角度，隨轉速變化。
• 電纜反射：臺階緊跟本路自身的邊沿，持續時間為電纜往返傳播時間 2·t_d（約 10 ns/m 電纜長度，20 m 約 200 ns），與轉速無關，換匹配終端後改變。
• 串擾：另一路翻轉處出現尖刺，幾納秒到幾十納秒內衰減，沒有平臺。

排查步驟

1. 記下三個電平和臺階位置：用兩通道同時看 A、B，確認臺階邊界與 B 的邊沿同時，算出 V2、V3。
2. 斷開負載：拔掉電纜，在編碼器插座上直接測。臺階消失，問題在電纜或接收端；臺階仍在，查編碼器內部（輸出級損壞、板上連錫）。
3. 單測電纜：斷電後用萬用表測各芯之間的電阻，短接電阻可直接讀出；彎折電纜複測，排查壓傷和磨損。
4. 單測接收端：只接接收裝置、不接編碼器，測各輸入腳是否有電壓輸出。有輸出說明該口被配置成了輸出（如分頻輸出口），或並聯了另一個編碼器，屬於驅動衝突。
5. 逐路恢復：每次只接一路，確認哪兩路之間存在耦合。

排除碼盤原因的判據：碼盤和讀數光學隻影響比較器之前的模擬訊號，表現為佔空比、相位、幅值或缺脈衝，不會在數字輸出上造成與另一路同步的中間電平。只要臺階邊界與另一路邊沿嚴格同時，且臺階電平不隨轉速、光強和間隙變化，就可以不再查碼盤。

工程要點

• 方波上的中間電平先按 V_mid ≈ V_H·R_L/(R_H + R_L) 估算，5 V、30 Ω/15 Ω 的硬短接約 1.67 V，落在 TTL 不確定區。
• 臺階邊界與另一路邊沿同時、寬度為 90° 電角度，是短接或驅動衝突的指紋。
• 用 (V_H − V2) : (V2 − V3) : V3 = R_H : R_s : R_L 可以從波形直接估出短接電阻。
• 反射臺階緊跟本路邊沿、寬度固定為 2·t_d；串擾是尖刺而非平臺，三者可以一眼區分。
• 差分接法下硬短接可能不丟計數，但驅動器在大電流下工作，必須處理而不是放任。
• 斷開負載、單測電纜、單測接收端三步，能把問題定位到編碼器、電纜或接收裝置。

小結

方波出現臺階或中間電平，本質是兩路輸出經短接電阻或直接並聯互相拉扯，電平由輸出電阻分壓決定，臺階恰好落在另一路翻轉處、寬 90° 電角度。用三個電平反推短接電阻，用臺階位置區分短接、反射和串擾，再斷開負載逐路測量，就能快速定位，而不必在碼盤上浪費時間。

延伸閱讀：ENC7 編碼器碼盤生產廠家（中文首頁） · 碼盤技術文庫

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