作者：程文智，文章来源：芯查查
在人形机器人控制系统中，编码器承担着位置反馈、速度反馈和闭环控制三大核心功能，实时监测关节转角，将信息反馈给控制器，控制器据此调整驱动电流，从而规划和执行精确动作。
图：关节模组拆解图（来源：网络）
那么，工程师该如何选择适合自己的编码器产品呢？芯查查系统梳理了人形机器人编码器的技术路线、市场格局、典型产品与芯片供应链，为工程师或者对人形机器人产业链感兴趣的朋友提供一个参考。
编码器的分类与特性
编码器的种类繁多，一般来说，按照输出信号的不同，编码器可以分为增量式和绝对式两种。其中，增量式编码器，每转动固定角度输出一个脉冲信号，只感知相对运动，上电后必须执行“回零”操作才能建立绝对位置参考。结构简单、成本低、适合成本优先、回零方便的场景。
绝对式编码器，任意时刻直接输出当前绝对位置，断电重启后位置信息依然准确，无需回零。在人形机器人关节模组中，这一特性至关重要，因为机器人在任务中断电或急停，重启后必须立即知道每个关节的精确位置才能安全恢复运动。
因此，人形机器人普遍采用绝对式编码器。绝对式编码器又分单圈（0°~360°）和多圈（记录累计圈数），需要大范围连续转动的关节（如电机本体）应选多圈绝对编码器。
如果按照测量类型划分，编码器可分为旋转编码器和直线编码器。旋转编码器用来测量旋转角度，是人形机器人关节模组的主流形态，覆盖髋、膝、踝、肩、肘、腕等所有旋转关节。直线编码器则用来测量线性位移，主要用于线性执行模组，例如行星滚柱丝杠驱动的直线关节，以及灵巧手中的线性驱动机构。
而按照传感原理来分的话，可以分为光电编码器、电容式编码器、磁编码器、电感式编码器四种技术路线。
光电编码器
光电编码器由 LED或光电二极管、光电传感器和带有交替透明开口的码盘组成。码盘上的狭缝切割入射到光电传感器上的光，提供角度信息。光学编码器可以是绝对式（带格雷码输出）或增量式（使用 3 个同心环进行正向、反向和零位检测）。其分辨率由码盘上条纹的密度决定，可以做到极高（例如 29 位绝对值）。
电容式编码器
电容式编码器由发射器、调制器和接收器 3 个极板组成，基于电容与分隔两个带电极板的介电材料成正比的原理。在发射器和接收器之间产生电场，转子转动调制介电常数，导致电容发生变化，从而调制发射器和接收器极板之间的电位差，通过使用多个调制轨迹来确定绝对位置。
图：电容编码器原理图（来源：网络，芯查查）
磁编码器
磁编码器的工作原理是磁环（多极磁铁）随轴旋转产生周期性变化磁场；磁敏传感器（霍尔传感器或磁阻传感器）检测磁场强度和方向的变化，经信号处理换算成角度和速度。整个过程完全非接触，无机械磨损。
图：磁编码器结构示意图（来源：AKM，芯查查）
磁编码器经历了从霍尔效应、AMR（各向异性磁阻）、GMR（巨磁阻）到 TMR（隧道磁阻）的演进。其中霍尔效应的代表芯片有艾迈斯欧司朗的 AS5048A（14 位）、MPS的MA732（14 位）；AMR的代表芯片有英飞凌的TLE5012B、Allegro的A1335、纳芯微的MT6835、AKM 的 AK7455等；GMR的代表芯片有英飞凌的TLE5309；TMR 的代表芯片有多维科技的TMR3109/3110（23 位）、昆泰芯的KTM5900（24 位）、TDK 的TAD2141、Allegro的 XtremeSense TMR 系列中的CT43x和 CT45x编码器等。
TMR 具有低功耗、更好的热稳定性、高分辨率和高灵敏度等优势，但其成本较高，制造工艺壁垒高。
磁编码器是目前人形机器人关节模组中最主流的位置反馈方案，以非接触、耐污染、可离轴（Off-axis）的综合优势正在加速取代传统光电编码器。AKM 在其官网上明确指出，离轴配置中，传感器无需安装在旋转轴正中，磁环外侧的读头设计能在中空轴场景下提供极大灵活性。这也是多维科技 TMR 方案和 RLS AksIM-2 主推离轴方案的核心原因。
电感式编码器
电感式编码器这两年在人形机器人领域热度明显提升，原因在于它绕开了磁编码器方案最敏感的问题——杂散磁场。其工作原理是利用激励线圈和感应线圈之间的耦合变化计算位置，不需要磁铁，也不需要磁屏蔽。对人形机器人来说，这意味着在电机、驱动、线束，以及磁钢密集堆叠的狭小空间里，它天然更有抗干扰优势。
电感式编码器的核心优势在于，一是它具有更强的抗干扰能力，在关节电机强磁场环境下不像磁编码器那样受磁场干扰；二是更高的精度和更低的成本。
典型方案包括：TI 的 TIDA-010961 参考设计（LDC5072 + MSPM0G3507）实现了绝对角度误差小于 0.1°、ENOB 优于 16 位的指标，且无需磁铁，降低系统成本。
瑞萨电子基于双电感式位置传感器 IPS2550 和 RA6T2 MCU 的绝对感应式位置传感器方案，输出正余弦信号，配合 MCU 可实现高分辨率绝对位置解算，具有更好的稳定性和抗杂散磁干扰能力。
Microchip 基于电感式位置传感器 LX34070 和 dsPIC33AK32MC102 控制器的电感式编码器解决方案也颇受市场关注。该方案支持 AEC-Q100 Grade 0 认证，工作温度范围 -40°C 到 +160°C，厚度极薄。
成品方面，海德汉 KCI 1300 系列是目前最成熟的商用电感编码器产品，低重量低剖面设计，宽安装公差，支持 EnDat 2.2 功能安全接口，已在协作机器人和人形机器人中批量应用。
电感式编码器当前的主要问题，不是技术不可行，而是产业成熟度还在爬坡。生态、量产案例、成本和工程团队熟悉度，都不如磁编码器路线。所以，在未来几年它更可能先在部分中高端关节，或新平台中导入。
据芯查查了解，特斯拉最新一代Optimus已经确认将会采用电感式编码器，在旋转执行器中配置2颗、线性执行器中配置1颗。
这四大技术路线各有优劣，芯查查根据市场公开信息，整理出了这四大技术路线各自的优劣势，如下表所示。
图：编码器四大技术路线综合对比（来源：芯查查）
综合来看，磁编码器目前是人形机器人关节的主流解决方案，原因不是单点性能特别突出，而是它在尺寸、成本、鲁棒性和结构适配上更贴近现实。同时，电感式编码器是最值得关注的新方向，它很可能在下一代高集成关节里取得更大的份额。
供应商格局：海外强，国产追
从供应格局看，编码器产业链仍然呈现明显的"海外强、国产追"的特征。特别是在高端绝对值、多圈、离轴和高可靠工业协议领域，欧系和日系厂商仍有先发优势；国产企业则在增量式、中端绝对值、磁编码器和机器人定制方案上快速追赶。
欧美系：海德汉是其中最具代表性的企业，该公司在高端光学和感应式角度编码器市场具有深厚的积累。其 KCI 120 Dplus 是专为机器人等紧凑安装空间设计的双编码器产品；ECA 4000 系列则代表其在高精度模块化角度编码器上的优势。雷尼绍在非接触式高性能编码器市场影响力较高。其 AksIM-2、Orbis、ATOM 等产品覆盖离轴磁编码和小型光学增量反馈，尤其适合对薄型化和紧凑性要求高的场景。西克（SICK）则在工业编码器和自动化市场深耕多年，凭借成熟的产品矩阵和稳定的在华业务，长期占据中高端市场重要份额。
日系厂商：特点是产品线广，在伺服和机器人供应链渗透高。其中，多摩川在中国市场长期位居前列。尼康在高端绝对式编码器与精密测量体系中有不少应用；欧姆龙则覆盖更广的工业自动化应用，在增量式和通用型编码器市场有稳定份额。
国产厂商：进展主要体现在两条线，一条是传统编码器整机企业，另一条是新兴面向机器人关节的编码器和系统集成厂商。禹衡光学是最具代表性的国产编码器企业。金钢科技、长春汇通（汇川技术体系）、派启科技、昆泰芯、禾川科技、弓望电子、昊志机电等企业，则从机器人关节、高精度编码器、模组集成和专用执行器场景切入，形成差异化布局。
典型编码器型号盘点
看完市场，接下来看看具体的产品型号。因为工程师除了需要了解技术路线发展方向，更重要的是要了解具体的产品。
海德汉
KCI 120 Dplus：本质上是一款把两套位置测量功能合在一起的紧凑型感应式双编码器，可同时测量电机侧和减速器输出侧位置，厚度约 20mm，通孔直径 19mm，定位精度最低可到 ±40 角秒，接口为 EnDat 2.2，并支持功能安全，适合高动态机器人关节应用。
ECA 4000：海德汉高精度模块化角度编码器系列，主打高精度和高信号质量，刻线精度可达 ±1.5" 和 ±3"，更适合空间允许、精度要求极高的旋转轴系统。
雷尼绍 (Renishaw / RLS)
AksIM-2：当前机器人关节里最具代表性的离轴磁编码器之一。它采用薄型环形磁环 + 低剖面读头的结构，最高20位分辨率，精度±0.004°至±0.020°，最高转速10,000 RPM，支持BiSS-C、SSI、SPI、UART、PWM等多种接口，延迟小于10μs。它特别适合中空谐波结构的大关节输出侧。
Orbis：同样属于环形磁编码路线，强调大孔径和结构灵活性，常用于伺服电机和机器人。
ATOM：体积非常小的光学增量编码系统，适合对安装空间和高速反馈有较高要求的精密场景。
国产代表产品
禹衡光学绝对值编码器：国产传统高精度代表，最高分辨率可到29位，在高端绝对值市场是少有能与海外直接竞争的中国企业。
金钢科技 DPT 系列：机器人专用双编码器，主打24位、径向单边宽度仅 5mm、精度小于±0.01°的紧凑机器人方案，核心看点是双反馈关节定制化。在国内人形机器人编码器市场占有率领先。
长春汇通（汇川系）分体式磁编码器：走的是典型工业伺服路线，单圈17位、多圈16位分辨率的配置在中高端国产方案中较有代表性。
禾川科技中空电感式编码器：中空直径可达15mm，重复精度达±0.005°，绝对精度达0.02°。
弓望电子机器人专用电感式编码器：采用与特斯拉相似的技术路线，是国内首款纯电感原理的17~19位电池多圈单编码器，异侧和同侧的电机和减速机端都输出绝对值位置反馈，产品直径覆盖35mm~85mm，厚度最薄可达6mm，重复精度可达±5角秒，适配人形机器人关节。产品已批量供应宇树、智元、傅利叶等头部本体厂。
昆泰芯微 KTM5900：虽然严格说更偏编码器 SoC/方案芯片，但已经直接进入离轴绝对编码器方案层。采用 TMR 传感路线，可实现24位绝对角度编码，支持多达4096极对细分，具备36 Mbps SPI、ABZ、UVW、PWM等输出，并带自动校准和256点误差查表功能，行业应用中常以精度±0.05°来描述其机器人场景表现。
图：主流产品选型对比一览（来源：芯查查）
这些产品放在一起看，可以得到一个很现实的判断：国外方案在完整模块化和高端绝对值生态上仍然更成熟，国产方案则在机器人定制化、离轴结构、磁编码器和SoC级集成上追得很快。
编码器芯片供应商
如果说编码器整机是"看得见的产品"，那编码器芯片就是"真正的卡点"。因为芯片决定了灵敏度、噪声、插值、误差补偿、接口协议和温漂性能，很多时候整机厂能不能做出高性能编码器，关键不在机械件，而在芯片和算法。
海外芯片供应商方面，艾迈斯欧司朗、ADI、TI、ST、iC-Haus、AKM、博通、TDK、瑞萨电子、迈来芯（Melexis）、MPS 等厂商都有布局。
艾迈斯欧司朗：AS5047P和AS5048A/B系列是全球出货量最大的磁编码器芯片，14位绝对分辨率，SPI/I²C接口，磁场诊断功能完善，是工业机器人、无人机电调和汽车的主流选择。
ADI：新型单芯片多圈角度位置传感器ADMT4000断电后能保持位置信息（真正的上电多圈，支持 46 圈计数），精度 ±0.25°，无需重新校零，简化系统设计。另外ADI的Trinamic TMC9660集成了伺服FOC控制器，原生支持双编码器方案，是关节模组电机驱动 + 编码器接口的集成化芯片。
TI：提供TMAG6180磁性角度传感器和LDC507x系列电感式编码器传感器 AFE（模拟前端），均可配合MSPM0 MCU实现磁编或电感式编码器方案。其 TIDA-010961参考设计（LDC5072 + ADS9327 + MSPM0G3507）已实现绝对角度误差 <0.1°、ENOB >16位的电感编码器完整解决方案，且无需磁铁，成本优化明显。
iC-Haus：专注高端编码器信号处理，iC-MU系列支持16位以上分辨率，内置多种插值算法，常见于欧系高精度编码器中。
博通：AEAT系列绝对磁编 IC，12~16位，SSI/SPI接口，文档完善，供应稳定，是中高端工业编码器的常用选择。
迈来芯（Melexis）：针对机器人应用推出了完整的位置传感器解决方案。MLX90514 是专为机器人打造的16位电感式传感器，配备SSI输出；MLX90382 磁性编码器具有 16 位分辨率、抗杂散磁场干扰和零延迟特性；MLX90384 则可为关节电机提供芯片、磁环和算法一体的交钥匙方案。
TDK-Micronas：以及 TDK 相关 TMR 角度传感器路线（如 TAD2141），代表了国际大厂向更高性能磁编码芯片演进的方向。
国产芯片供应商方面，昆泰芯微、多维科技、麦歌恩（纳芯微子公司）、兴感（必易微子公司）、希磁科技、美芯晟、兆易创新、峰岹科技、极海半导体等企业正在快速切入这一赛道。
昆泰芯微：专注传感器芯片，磁编码器芯片、光学传感器芯片产品线完整，KTM 系列已在机器人领域实现批量应用，是国产芯片替代的重要力量。KTM5900 离轴绝对编码器精度可达 ±0.05°，适用于减速器输出端、无框力矩电机等紧凑场景。
多维科技：专注 TMR（隧道磁阻）传感器，灵敏度更高、功耗更低，是磁编码器芯片技术演进的方向之一。TMR3109/3110 可达 23 位分辨率。
美芯晟：磁传感器芯片新兴力量，覆盖多圈绝对编码器芯片。
据芯查查了解，编码器芯片的核心技术壁垒主要体现在三个层面：一是传感元件精度，霍尔元件线性度、磁阻元件灵敏度，直接影响原始信号质量；二是前端模拟与 ADC，决定了噪声、抖动和高速读数的稳定性；三是信号处理算法，正交误差校正、温漂补偿、谐波失真消除等，决定了最终角度精度。这是很多公司难以复制的部分。
目前，国产化现状是 14 位以下磁编码器芯片已基本可替代；17 位以上高精度绝对多圈编码器芯片，以及配套功能安全接口（如 EnDat FS）的专用 IC，国产厂商与国际顶级水平仍存在较明显差距，是供应链中最需要关注的风险点。
选型指南：如何选对人形机器人编码器
好的选型不是看产品价格，也不是看位数高低，而是按照应用部位、精度目标、空间约束、环境条件、接口兼容和供应链策略逐步筛选。
第一步：明确应用部位。典型案例是髋膝关节。它们往往采用谐波减速器中空结构，输出端空间薄而大、线束要穿心，这时离轴环形绝对值编码器就比传统轴心式产品更自然。
髋、膝、踝关节（承载型大关节）：高载荷、冲击大，优先考虑磁编码器或电感式编码器，精度需求 17~21位已足够；需注意防护等级和工作温度范围。
肩、肘关节（灵活型中关节）：空间紧张、尺寸重量敏感，需中空孔径设计；精度 21~24位；金钢科技 5mm 薄型双编码器和雷尼绍 Orbis 是典型方案。
腕、手指关节（精密型小关节）：分辨率要求最高（24位+），极低功耗，超小尺寸；可考虑高精度磁编码器或光学增量编码器（如雷尼绍 ATOM）。
灵巧手线性执行器：需要直线编码器，或可将旋转编码器配合丝杠转换为线性测量。
第二步：确定精度与分辨率需求。如果只是电机侧速度反馈，增量式或中高分辨率绝对值通常就够用；如果是输出端姿态控制和力控补偿，则更建议绝对值编码器，而且分辨率至少要进入17位以上的级别。
电机侧换相用编码器：14~17 位通常已足够
关节位置控制用编码器：建议 20 位以上
高精度力矩控制和灵巧手关节：建议 24 位以上
需要多圈绝对值：电机本体连续旋转超过 360° 时必选多圈绝对编码器
例如 AksIM-2 虽然最高 20位，但其系统精度和延迟指标很强，所以在机器人关节里极具参考价值。
第三步：评估空间与重量约束。这一点在人形机器人里往往比精度更先把产品筛掉。工程上要明确：中空孔径多大？可接受的轴向厚度是多少？外径是否受减速器和壳体限制？读头与磁环之间的安装间隙能控制到多少？
像 KCI 120 Dplus 这样的双编码器产品厚度约 20mm，通孔约 19mm，适合高端但空间允许的关节。而很多磁环 + 读头方案则可以做到更薄，更适合人形机器人对轻量化和紧凑化的要求。如果你的关节要求中心穿线，优先考虑 Off-axis 离轴方案，而不是先去找传统轴心产品硬凑。
第四步：环境条件评估。编码器不是实验室器件，机器人一旦进入真实工况，就要面对振动、冲击、温升和污染。要明确振动和冲击等级、工作温度范围、是否有油污和金属粉尘、是否要求 IP 防护。
感应式和磁式通常比光学式更耐污染和冲击。KCI 120 Dplus 明确强调其感应式扫描抗污染、抗磁场，且可承受较高振动载荷。如果关节靠近大功率电机、磁钢密度高、环境复杂，电感式编码器也值得优先评估。
第五步：接口与系统集成。通信接口选错会导致整个方案推倒重来，应在立项初期就确定。
EnDat 2.2：海德汉主导，全数字绝对位置接口，FS 版支持功能安全，是欧系驱控方案的标准选择，对主控端有专用 IP 授权要求。
BiSS-C：开放标准高速同步串行接口，雷尼绍、多摩川等多家采用，生态兼容性好，国内驱控厂商支持度高。
SPI / 串行异步：成本低、实现简单，国内大多数磁编码器采用，与主控 MCU 直接通信，开发门槛低。
EtherCAT：根据 TI、瑞萨电子和Microchip 的方案，EtherCAT 正从传统工业场景向人形机器人渗透，未来关节侧数字编码器有望通过 EtherCAT 通信。
第六步：成本与供应链策略。量产阶段，BOM 成本与供应链稳定性同等重要。对于量产前期项目，可以采用"高端海外主供 + 国产验证备选"的方式。比如大关节先用成熟离轴绝对值模块保证开发进度，同时并行导入国产磁编码器方案做降本验证。等结构控制算法和产线公差稳定后，再逐步切换。
采购上要特别警惕"一家独供"的风险。编码器看似小件，但一旦缺货，整个关节都无法交付，因此双源策略比单颗器件便宜几元钱更重要。
结语
面向人形机器人应用，编码器产业正在进入新一轮洗牌期。大的趋势已经比较清晰：磁编码器替代传统光电方案成为量产主流；电感式编码器则是下一条最值得提前布局的新技术路线。
国产机会窗口也正在打开。因为人形机器人还处于平台定义期，整机厂尚未完全锁定供应链，这给了国产编码器、国产芯片和国产关节方案极好的导入时机。未来，随着多传感融合、在线误差补偿和 AI 辅助动态标定的加入，编码器系统的精度与稳定性还会继续提升。