在大家热闹谈论工业互联网、智能制造、智能化数字双胞胎、IT-OT融合等等的一大片时髦名词的热闹中，似乎对于数字从哪里来怎么来的的轻描淡写，一句“传感器”或者再加一个物联网“RFID”就一笔带过了。但事实上物联网与工业传感器完全是走的两条路，从IT到OT的融合中，数字从哪里来，怎么甄别优化、怎么上传，怎么解决实时性，怎么解决冲突，却是一个与IT大不同的关键点。IT的数字源头是人的手指的敲击，文字、声音、图像等以人的手指的选择输入，IT的终端还是个体的人。到了工业的OT，数字源头是各类工业级别的传感器，和各类别的各种信号。要了解IT到OT的融合数字化智能化的痛点，就必须先要了解数字信号源头工业传感器的数字化之路的混乱与赌性，工业数字传感器最典型标本是编码器，输出信号现有八大类一百多种，八国联军各种输出类型各种协议，底层传感器的数字化乱像。找不出第二个能跟编码器匹敌了。

增量编码器的信号只有2位AB相，用两根信号线可以轻松上传。但是2位的信息内容太少，而且必须不断的在线上计数，线上负担太重，根本不适合现代技术上传信息。

绝对值编码器具有天然的数字化，随时可上传，或者在线等待，随时可调用绝对值的位置传感数据的特征，是IT与OT技术融合中数字上传的一个典型标本。

可是，绝对值编码器信号有多少种呢？

第一类：模拟量信号

1， SinCos正余弦信号

正余弦信号sincos是最原始的绝对值编码器信号，光学编码器的光通量的变化，磁电编码器磁场强度的变化、旋转变压器对励磁高频信号包络线的强度变化等等，都是以正余弦的信号形式输出，在一个周期内的正交的sincos模拟信号提供一个较为粗略的绝对值位置信息。

2， 线性4—20mA

以电流的模拟量大小对应一个长度变化的线性关系，或者一个角度范围的线性关系，注意不可360度循环测量，只可在测量范围内的往复运动测量。

例如4mA对应0度，20mA对应180度，测量范围为0——180度的往复间。

3，智能Easypro  4—20mA*

主要适用与绝对值多圈编码器的模拟电流输出，由于常用的绝对值多圈编码器有4096圈，而实际使用没有这么多圈数，Easypro智能软件界面提供一个设置窗口，供用户设定4mA对应位置，20mA对应位置。例如一个100圈的多圈测量范围，可以设定4 mA对应0，20mA对应100圈。4—20mA信号是标准的传感器信号，各种PLC与仪器仪表都能找到这个输入接口，同时现场维护也极为简单，普通电工与万用表即可完成现场信号检查。因此，代号为9600的Easypro模拟量 4—20mA信号输出的编码器是中国国内应用范围最广泛的模拟量多圈绝对值编码器。

第二类：并行信号

4， 并行信号*

是指绝对值编码器的每一位数单独走一根线输出，例如8位信号就要8根线，16位信号就要走16根线。8位的编码器信号接收端也需要8个接收端口一一对应。这是最实时化的输出信号，但是需要信号线缆资源与接收单元端口的支持，在绝对值编码器位数越来越高，各种使用越来越多的场合下，这种并行信号输出已渐渐少用了。

注意并行信号根据编码形式有格雷码、格雷余码之分，有正逻辑、负逻辑（NPN）之分。

5， 省线式并行。

省线式并行信号，是将并行信号根据高低位分成2组，每2个位数的信号共用一根信号线，并有一根高低位读取选择线，当高位选择允许时，线上传输的是高位组信号，当低位选择允许时，线上传输的是低位组信号。

并行传输是最实时性的传输方式，但是对线上资源的占用浪费很严重。

于是就有了串行信号传输。

第三类：串行信号

串行是在同一根（或一对）信号线上传输编码器的多位信号，以时间的先后和约定，逐次在这对信号线上输出各个位数值，称为串行输出方式。串行信号与并行相比，牺牲了传输实时性，所有的串行信号（包括后来的现场总线与以太网）都有延时的问题。

串行时间每个bit的传输速率很有讲究，频率快了衰减会严重，传输距离有限，并容易被干扰或者前后数据追尾冲突；慢了稳定性好，当然也就会明显延时。串行数据传输的先后怎么约定，是在同一对信号线上的各个位数，怎么保证不会认错位数，前后数据传输会不会撞车冲突？错误如何校验检出？于是，串行开始就有了很多种接口类型。

6，SSI*

SSI称为同步串行界面，是较早先有德国ＳＴＥＧＭＡＮＮ编码器推出的一种最基本的串行信号模式，所谓的同步是由时钟信号触发数据传输，每一个时钟脉冲对应一位数据，在接收单元以时钟同步来识别数据位解码。

工业标准的SSI是有一对RS422通讯芯片组成，在接收端发送时钟，时钟频率为100KHz到2MHz，从时钟脉冲开始到结束，数据由高位（MSB）到低位（LSB）按时钟脉宽同步节奏传输。如上图。SSI同步串行信号线是时钟两根线，数据两根线，电源两根线，总共6根线。

SSI信号的绝对值编码器是最早进入中国市场的串行信号编码器，1997年在黄河小浪底水闸的双油缸同步纠偏提升，是SSI多圈绝对值编码器成功应用的典型案例。其后1999年在广东飞来峡水利枢纽、2001年三峡水利枢纽、以及2000年前后的宝钢济钢等钢铁厂自动化改造项目的大量成功应用，奠定了SSI多圈绝对值编码器在中国的使用广泛性。包括国产化的代号9660SSI编码器已经有大规模的应用。

7，SPI

SPI是5线制的“同步串行信号”，其由触发信号、时钟信号、数据信号3根线传输，为TTL单边物理对电源0V，加上电源两根线，是5线制的。SPI信号是芯片级短距离信号，TTL信号较弱抗干扰较差，一般只适合在电路板上传输，不适合离板。但有芯片厂商为推广也把SPI信号叫成了“SSI”，以至于误导了有的人的，将此SPI与工业级别的SSI混淆了。

8，SSI+SinCos

SSI信号的传输是串行的，而在伺服控制中对于加速度环控制的敏感性，要求分辨率高实时性要快，为此，有的编码器在输出SSI信号的同时，还附加了增量的sincos信号，以供接收单元快速接收并细分。这类信号主要用于伺服电机。

SSI串行信号的优点是简单开放低成本，但是缺点也是比较明显的——同步时差会随着时钟频率、电缆长度、信号衰减与被干扰而受到影响，一旦同步错位，将会有后面一串的数据都错开一位而发生解码后数据的跳变。如何控制或者检出这种同步错位的发生，是各家编码器厂家和SSI接收器厂家的看家本领，并没有完整的公开。

为此有了SSI的改进版，Endat和Biss

9，Endat2.1

EnDat2.1是著名的德国编码器品牌海德汉公司推出的一种同步串行信号，是SSI+sincos的专业提高班，或者是改进版。

Endat2.1相较于SSI有了几点改进突破：

a,增加了CRC校验，防止数据错位出错。

b,时钟信号增加了指令组，当通电时首先传输的是指令组，编码器根据指令选择是输出数据，还是写入电子标签和电机参数（偏置旋转的零点位置）。在确认功能后再开始时钟信号，触发数据Date传输数据。

c,Date改为双向的RS485，既可以往外发送编码器位置信号，也可以按指令发送其他信号，也可以由接收单元向编码器写入电子标签并保存设置参数与偏置零点。

d,开机通电后，会有一个时钟对位信号，检测计算这时编码器通过传输线到接收单元在当前频率下的延时，便于接收单元做同步时差补偿（这部分为Endat专利，并引起后面与Biss的专利纷争）。或许这是最早出现的“TSN” (时间敏感信号)的概念。

10，Endat2.2

Endat2.2的进步，在于德国海德汉光学硬件的提高和处理芯片的快速，将原有的sincos细分直接在编码器内部做好了，叠加到原有的绝对值编码中去，可直接输出高分辨率的串行数据，并以更高的传输速率8MHz输出，省去了SINCOS对外的输出，省掉了4根线。

11，Biss-B，Biss-C

几乎在海德汉Endat的同时，另有一些编码器厂家结盟，共同推出了Biss，大致物理上的协议上的与Ｅｎｄａｔ相似度颇高，以至于在海德汉的专利部分形成了纷争。具体内容可参见上面ＥｎＤａｔ的简介。

12，hiperface

Hiperface是ＳｔｅｇＭａｎｎ的另一项串行技术（这一部分知识产权随着ＳＩＣＫ公司的收购而继承），它是Ｅｎｄａｔ２．１同时代的技术，只是更狠心一点把时钟线都拿掉了，只剩下ＲＳ４８５与SINCOS。在通电时读取ＲＳ４８５（双向，也可向编码器写入），在编码器旋转后使用ｓｉｎｃｏｓ信号细分的增量信号，通电后先绝对值信号找到绝对值的位置，然后用增量正余弦信号细分工作。

第四类：现场总线（RS485）信号

13，HART

ＨＡＲＴ是传感器信号从模拟量向数字量的过渡技术。由于仪器仪表传感器大量是４――２０ｍＡ信号，２５年前当数字化时代来了之后，需要既能兼顾传统的模拟量又能传输数字量的一种新技术，于是ＨＡＲＴ应运而生。ＨＡＲＴ这个词很生动——心跳。意味着信号电缆上即可以传输血流（电流）又可以传输心跳（数字载波），ＨＡＲＴ是把数字信号通过编码载波技术叠加在电流信号上，在接收端在通过拆包解码，将数字信号分离出来。如果ＨＡＲＴ信号不做分离，同样可以当作４――２０ｍＡ模拟量电流信号接收，兼顾了原有的老的接收仪表。

由于绝对值编码器用Ａｎａｌｏｇ信号的不多，ＨＡＲＴ信号在绝对值编码器上很少见。

14，ASI

如果说HART是模拟量传感器向数字量的过渡，那么ASI是接近开关光电开关类传感器向数字串行的过渡，对于ASI编码器而言，是串行信号加上地址，可以和接近开关光电开关跑一条ASI线。例如一个１３位的绝对值编码器就相当于１３个ＡＳＩ光电开关。

15，RS232

随着早期的ＰＣ机进入工业自动化控制，ＰＣ上的ＲＳ２３２接口留给绝对值编码器可以传输信号进ＰＣ。

16，RS485自由规约

但是在工业上ＲＳ２３２信号的传输特性不如ＲＳ４８５信号，RS485只是物理接线方式，其中的通讯规约各家都有自己的主张，在没有形成标准前称为自由规约。在获得广泛使用并大众认可后可形成标准。于是大量的基于ＲＳ４８５物理基础的现场总线技术应运而生了。