自動化行業里某些人對編碼器的重視程度還很不夠，更別說對一根編碼器信號電纜了，“雙絞屏蔽”“越粗越好”“接地接地再接地，看見空的就接地”看似有多簡單?但這些模糊甚至有錯誤的對電纜的理解，問題是到了現場干擾的出現，往往就是從一根簡單的電纜和接法就理解錯了開始的。其實編碼器信號電纜技術含量頗高，其中包含了物理學基礎和材料學知識等，越是基礎的東西離物理學原理越近，需要理解原理結合基礎原理和實驗室試驗及現場實踐驗證，而不再是只靠產品說明書手冊了。

德國海德漢編碼器對于信號電纜一直有嚴格指定的要求。而我無法在這里一次給出標準答案，我沒有足夠的實驗室條件，只有從電磁波信號原理推演。只是依據十二年前向一家外企電纜廠家定制做過一根編碼器電纜。這家外企電纜廠原來就有電纜，但我按照對海德漢電纜的理解提出了針對編碼器的專門定制要求，看中的是他們有實驗室條件，可以測試和提供我要求的參數，實驗參數固定化。這根電纜我們已經用了12年，大大小小的項目也做了不少，也有很多知情的同行用過并得到了認可，而這家外企轉向進入工控領域，做起了機器人電纜也很成功，。所謂知己知彼百戰不殆，在本文我們討論的是：我們需要先了解編碼器信號是什么樣的信號，電纜有什么特性，干擾可能是從哪里來，才能根據現場錯雜的干擾環境分析出對策。我這里挑了行業里關于編碼器信號電纜認識比較模糊甚至有些錯誤的問題，拋磚引玉提供業內真正是在現場實踐者來參考與討論，也歡迎留言爭論。

一，編碼器信號是什么?

編碼器信號有很多種類。這里只講用的最多的增量脈沖信號和數字串行信號（SSI等信號）,電子開關頻率800KHz以下的。其他的總線信號的電纜、單電纜技術的電纜和工業以太網的電纜不在此文討論。（我也還沒搞懂呢）這里講的編碼器信號是方波。但是，電纜線的傳導電特性是以電磁波的計算并設計的。方波并不是單一頻率的電磁波，按傅立葉分解，方波是有很多種頻率的電磁波的疊加組合，下圖演示的是方波最少有N=19個不同頻率的電磁波合成的。（N=1代表只有一種頻率的電磁波）。

所以，編碼器電纜線上傳輸的信號，是一組從較低頻率的電磁波到較高頻率的電磁波的組合。電磁波的頻率特性：極低頻ELF3KHZ以下甚低頻VLF3-30KHZ低頻LF30-300KHZ中頻MF300-3MHZ高頻HF3-30MHZ甚高頻VHF30-300MHZ(電視1---12頻道)特高頻UHF300-3GHZ(電視13頻道以上)超高頻SHF3G-30GHZ光也是電磁波。高頻率的電磁波很多特性就是我們熟悉的光的特性。

電磁波通過不同介質界面時，會發生折射、反射、繞射、散射及吸收等等。電磁波在導體介質中傳播，既有沿導線方向的傳播，也有沿導線直徑方向的傳播，并在導線的外徑表面發生“折射”而輻射出另一個介質去（類似光遇見了水面,可以是進入另一個導體介質,也可能是空間輻射），和“反射”回導線介質的繼續傳播（類似于光線在水面反射）。各種波長反復的“反射”波雜亂了后形成了“散射”（類似于霧氣），導體內的雜質吸收了電磁波能量發熱形成了波的“吸收”（類似于電磁灶微波爐原理）。電磁波既有在導體內的傳播，也有離開導體界面向外輻射的傳播。電磁波頻率低時，主要借由有形的導電體傳遞。原因是在低頻的電振蕩中，磁電之間的相互變化比較緩慢，其能量幾乎全部返回原電路而沒有足夠的能量輻射出去；電磁波頻率高時逐漸增加了向外輻射的比例，在高頻率的電磁振蕩中，磁電互變甚快，能量不可能全部返回原振蕩電路，于是電能、磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。

較高頻率的電磁波在到達導體界面時，一部分折射離開導體輻射出去了，另一部分又像碰到鏡面反射回導體，這一部分反射回來的高頻電磁波與下一波向外移動的電磁波疊加，形成了集中在導體表面的移動的結果，因此，高頻率的電磁波有沿導體表面移動的“集膚效應”和離開導體表面的“輻射效應”。較高頻率的電磁波也較容易被導體雜質吸收而迅速衰減。

當較高頻率的電磁波導體表面是尖銳的界面時，因為尖端的外形特征反射后仍然可能是向外的，而增加了多次輻射的機會，這種在表面移動的波就更容易向外輻射出去，而反射回來的波就很少了，這就是高頻電磁波的尖端輻射效應。這也是高頻電波發射的天線原理。

LC高頻振蕩電路，是指用電感L、電容C組成選頻網絡的振蕩電路，用于產生高頻正弦波信號。電感L的兩種極端是螺旋的線圈甚至一長段金屬導線，電容的兩種極端是兩個不接觸的金屬導體板或者一個尖銳的發散的金屬尖端與大地構成了一個電容C。其中,一個尖銳發散的金屬尖端與大地更容易形成一個振蕩發射的天線，在一定的能量、頻率和電路開放形態下，LC高頻振蕩電路將電磁波發射到空間（發射天線），或者接收來自空間的電磁波（接收天線）。

小結：電磁波是一種能量，是正弦移動的波，高頻信號走導線表面傳導，高頻信號有向空間輻射的比例，當金屬有一長段導線與尖銳的尖角的情況下，高頻信號在尖端更容易輻射，或者接收外部高頻電磁波（干擾）

二，編碼器信號頻率是什么？

我們常講的編碼器信號頻率，是方波的頻率，也稱為電子開關頻率（從0到1的開關特性）。但是在電纜線上傳導的應以電磁波頻率計算，也就是說類似19個以上頻譜電磁波構成的電磁波頻率，每一個電磁波頻率與方波頻率有一個倍數系數關系，即使方波頻率不高，但是信號上仍然有部分高頻電磁波成分，這個在較長距離傳輸中，或者在高頻干擾中會顯現出來。

數字方波信號的上升沿下降沿遵循電磁波的高頻特性，而平緩的高電平低電平遵循電磁波的低頻特性。數字信號的頻率并不等同于其電磁波頻率，其中有更高頻率的高頻電磁波存在。如果我們的數字信號僅僅在300KHz以下，由于方波有陡直的上升沿和下降沿，所以仍然有很多高頻電磁波在其中，這也是各種電磁干擾的發生與接收主要問題所在。而任何一次的開關電壓，從低電平陡直上升到高電平，同樣也是一次各種頻率電磁波的浪涌組合。

三，編碼器電纜的電特性是什么？

既然編碼器電纜上傳導的是各種頻率的電磁波，那就不是以直流（或者低頻率）的電流電壓歐姆定律來計算，而是交流信號電磁波的電容與電感。且前面介紹過了，較高頻率的頻譜電磁波有沿著金屬導體表面傳播的特性。

線間電容：足夠高頻率的電磁波，較長的電纜長度下（大于30米后比較明顯），電纜內兩個芯線之間表面積較大，就會顯現出兩兩線間電容特性，高頻電磁波是走電容的。信號芯線與電源線也會形成線間電容，信號芯線與屏蔽層也會形成線間電容。高頻電磁波從一個信號芯線通過電容到另一個信號芯線，這稱為“串音干擾”，例如A相對B相相互串音干擾。屏蔽層上走的電磁雜波通過線間電容走到信號芯線上，這稱為“外部高頻電磁干擾”。線間電容以每米PF實驗室檢測獲得。

信號被干擾的傳導來自于線間電容走高頻信號。線間電容會隨著電纜絕緣皮的老化而性能突變，一些使用久的老化的電纜會突然開始丟信號。

導線的電感特性：足夠長的導線，因傳導電磁波周邊電場形成電感特性，電感特性帶來的是對電磁波信號的延遲，以ns/m延遲參考這個電纜的電感特性。當周邊電磁場被干擾，這種電感延遲效應將更加突出，會有更多的不確定性的信號延遲出現，由于不同頻率電磁波對于電感的效應不同，重新疊加后方波信號已經變形失真了。

如果編碼器信號線是繞圈的，這種電感特性將更加明顯。因此，編碼器電纜走線盡量保持直線。