インクリメンタルエンコーダ

インクリメンタルエンコーダは、デバイスが移動したときにパルスを発する2つの出力信号AとBを持つリニアまたはロータリー電気機械デバイスです。 ^[1] A信号とB信号は一緒になって、移動の発生と方向の両方を示します。多くのインクリメンタルエンコーダには、エンコーダが特定の参照位置にあることを示す、通常インデックス^[2]またはZ ^{[3]で指定される追加の出力信号があります。また、一部のエンコーダは、}ベアリング障害やセンサーの故障 などの内部障害状態を示すステータス出力（通常アラームで指定）^{[4]を提供します。}

アブソリュートエンコーダとは異なり、インクリメンタルエンコーダは絶対位置を示しません。^{[注 1]}位置の変化のみを報告し、 ^{[3]報告された位置の変化ごとに移動方向を示します。したがって、特定の瞬間の絶対位置を決定するには、エンコーダ信号を}インクリメンタルエンコーダインターフェイスに送信する必要があります。これにより、エンコーダの絶対位置が「追跡」されて報告されます。

インクリメンタル エンコーダは位置の増分をほぼ瞬時に報告するため、高速メカニズムの動きをほぼリアルタイムで監視できます。このため、インクリメンタル エンコーダは、位置と速度の正確な測定と制御を必要とするアプリケーションでよく使用されます。

インクリメンタルエンコーダは、直交エンコーダを使用してAおよびB出力信号を生成します。AおよびB出力から発せられるパルスは直交エンコードされており、インクリメンタルエンコーダが一定速度で移動しているとき、AおよびB波形は方形波であり、 AとBの間には90度の位相差があります。^[2]

特定の時点では、エンコーダの移動方向に応じて、 A信号とB信号の位相差は正または負になります。ロータリー エンコーダの場合、位相差は時計回りの回転では +90°、反時計回りの回転では -90° になります。デバイスの設計に応じて、その逆になります。

A出力またはB出力のパルスの周波数は、エンコーダの速度（位置変化率）に正比例します。周波数が高いほど動きが速いことを示し、周波数が低いほど速度が遅いことを示します。^{[1]エンコーダが静止しているときは、} AとBに静的で変化しない信号が出力されます。ロータリーエンコーダの場合、周波数はエンコーダのシャフトの回転速度を示し、リニアエンコーダの場合、周波数は直線移動の速度を示します。

直交エンコーダの感知機構の概念図

直交エンコーダ出力は、整列したセンサーによって読み取られる直交オフセット パターン (左の図) によって、またはオフセット センサーによって読み取られる単純なパターン (右の図) によって生成できます。

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  ロータリー エンコーダー。シャフトが反転すると、対応するA / B信号の状態が右側に表示されます。
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  リニア エンコーダ。AおよびBセンサーは単純なパターンの 90° 位相でオフセットされ、Rインデックス信号はエンコーダが基準位置にあることを示します 。

インクリメンタルエンコーダの分解能は、エンコーダが生成する位置情報の精度の尺度です。エンコーダの分解能は通常、単位変位あたりのA（またはB）パルス数、または同等に、単位変位あたりのA（またはB）方形波サイクル数で指定されます。ロータリーエンコーダの場合、分解能は1回転あたりのパルス数（PPR）または1回転あたりのサイクル数（CPR）として指定されますが、^{[3]リニアエンコーダの分解能は通常、特定の直線移動距離（たとえば、1000パルス/} mm ）に対して発行されるパルス数として指定されます。

これは、エンコーダが検出できる最小の位置変化であるエンコーダの測定分解能とは対照的です。AまたはBのすべての信号エッジは、検出された位置変化を示します。A (またはB ) の各矩形波サイクルには 4 つの信号エッジ (上昇A、上昇B、下降A、下降B ) が含まれるため、エンコーダの測定分解能は、完全なAまたはB出力サイクルによって表される変位の 4 分の 1 に等しくなります。たとえば、1 mm あたり 1000 パルスのリニア エンコーダのサイクルあたりの測定分解能は 1 mm / 1000 サイクル = 1 μm であるため、このエンコーダの分解能は 1 μm / 4 = 250 nm です。

一定の速度で移動している場合、理想的なインクリメンタル エンコーダは、AとBに完全な矩形波(つまり、パルスの幅は正確に 180°、デューティ サイクルは50%) を出力し、 A 信号とB信号間の位相差は正確に 90° になります。ただし、実際のエンコーダでは、センサーの欠陥や速度の変化により、パルス幅が正確に 180° になることはなく、位相差が正確に 90° になることもありません。さらに、AとB のパルス幅はサイクルごとに (また互いに) 変化し、位相差はA 信号とB信号のエッジごとに変化します。その結果、パルス幅と位相差の両方が一定範囲の値にわたって変化します。

特定のエンコーダでは、パルス幅と位相差の範囲は、それぞれ「対称性」と「位相」(または「位相調整」) の仕様によって定義されます。たとえば、対称性が 180° ±25° に指定されたエンコーダの場合、すべての出力パルスの幅は少なくとも 155°、最大 205° であることが保証されます。同様に、位相が 90° ±20° に指定された場合、すべてのA エッジまたはBエッジでの位相差は少なくとも 70°、最大 110° になります。

インクリメンタル エンコーダは、出力信号を駆動 (送信) するためにさまざまな種類の電子回路を採用しており、メーカーは多くの場合、複数のドライバ タイプのいずれかを使用して特定のエンコーダ モデルを構築できます。一般的に使用可能なドライバ タイプには、オープン コレクタ、機械式、プッシュプル、差動 RS-422 などがあります。

オープン コレクタドライバ ( NPN トランジスタを使用、またはn タイプ MOSFET を使用したオープン ドレイン ドライバ) は、広範囲の信号電圧での動作を可能にし、多くの場合、大きな出力電流をシンクできるため、電流ループ、光アイソレータ、光ファイバー トランスミッタを直接駆動するのに役立ちます。

オープン コレクタ ドライバは電流を供給できないため、出力はプルアップ抵抗を介して正の DC 電圧に接続する必要があります。エンコーダの中には、この目的のために内部抵抗を備えているものもありますが、そうでないものもあり、外部プルアップ抵抗が必要です。後者の場合、抵抗は通常、ノイズ耐性を向上させるためにエンコーダ インターフェイスの近くに配置されます。

エンコーダの高レベルロジック信号電圧はプルアップ抵抗器に印加される電圧 (回路図のV _OH ) によって決まりますが、低レベル出力電流は信号電圧と負荷抵抗 (プルアップ抵抗器を含む) の両方によって決まります。ドライバが低レベルから高レベルロジックに切り替わると、負荷抵抗と回路容量が連携してローパス フィルタを形成し、信号の立ち上がり時間を延長 (増加)して最大スイッチング周波数を制限します。

機械式（または接触式）^[5]インクリメンタルエンコーダは、スライド式の電気接点を使用してAおよびB出力信号を直接生成します。^[2]通常、接点は閉じているときに信号グランドに電気的に接続されるため、出力は低く「駆動」され、事実上、オープンコレクタドライバと機械的に同等となり、同じ信号調整要件（外部プルアップ抵抗など）の対象となります。

最大出力周波数は、オープンコレクタ出力に影響を及ぼす同じ要因によって制限され、さらに接点バウンス（フィルタリングが必要）と機械接点の動作速度によって制限されるため、これらのデバイスは高周波動作には実用的ではありません。さらに、接点は通常の動作で機械的摩耗を被るため、これらのデバイスの寿命が制限されます。一方、機械式エンコーダは比較的安価で、内部にアクティブな電子機器がありません。これらの特性により、機械式エンコーダは手動制御（オーディオ機器の音量制御やベンチ電源の電圧制御など）やその他のさまざまな低負荷、低周波アプリケーションに適しています。

プッシュプル出力(例: TTL ) は、通常、ロジック回路への直接インターフェイスに使用されます。これらは、エンコーダとインターフェイスが互いに近く (例: プリント回路導体または短いシールド ケーブルで相互接続) に配置され、共通の電源から電力が供給されるアプリケーションに適しています。これにより、電界、グランド ループ、伝送線の影響による信号の破損を回避し、位置追跡を妨害したり、最悪の場合、エンコーダ インターフェイスを損傷したりすることがなくなります。

差動RS-422信号方式は、エンコーダが高周波を出力する場合やエンコーダインターフェースから離れた場所に設置されている場合^{[5] [6]}、またはエンコーダ信号が電界やコモンモード電圧の影響を受ける可能性がある場合^[5]、またはインターフェースがエンコーダとインターフェース間の接続の問題を検出できなければならない場合に一般的に好まれます。この例としては、CMMやCNC機械、産業用ロボット、工場自動化、航空機や宇宙船のシミュレータで使用されるモーションプラットフォームなどがあります。

RS-422 出力が使用される場合、エンコーダはすべてのロジック出力に対して差動導体ペアを提供します。たとえば、「A」と「/A」は、エンコーダのAロジック出力を構成するアクティブハイとアクティブローの差動ペアを表す一般的な指定です。したがって、エンコーダインターフェイスは、入力 RS-422 ペアをシングルエンドロジックに変換するための RS-422 ラインレシーバーを提供する必要があります。^[5]

インクリメンタル エンコーダは、機械装置の物理的な位置を監視するためによく使用されます。インクリメンタル エンコーダは監視対象の装置に機械的に取り付けられ、装置が動くと出力信号が変化します。装置の例としては、機械式コンピュータ マウスやトラックボールのボール、電子機器のコントロール ノブ、レーダー アンテナの回転シャフトなどがあります。

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  トラックボールと電気機械式コンピュータマウスは、2つの回転式増分エンコーダを使用して、2つの軸の位置追跡を容易にします。
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  電子機器の制御は、機械式エンコーダに取り付けられたノブで実装されることが多い（ノブを取り外した状態で表示）
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  市販の海洋レーダーアンテナでは、回転するアンテナシャフトに回転増分エンコーダが取り付けられ、アンテナ角度を監視します。
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  パイプラインビデオ検査トラクターの位置は、通常、トラクターのケーブルリールに取り付けられた回転式増分エンコーダによって監視されます。

インクリメンタル エンコーダは、現在のエンコーダの位置を追跡したり、その出力を表示したりしません。位置の増分変化を報告するだけです。^[3]したがって、特定の瞬間のエンコーダの位置を決定するには、位置を「追跡」する外部電子機器を提供する必要があります。この外部回路は、インクリメンタル エンコーダ インターフェイスと呼ばれ、位置の増分変化をカウントすることで位置を追跡します。

エンコーダ インターフェイスは、増分位置変更 ( A信号またはB信号の遷移によって示される) の各レポートを受信すると、 AとB間の位相関係を考慮し、位相差の符号に応じてカウント アップまたはカウント ダウンします。累積「カウント」値は、追跡開始後の移動距離を示します。このメカニズムにより、双方向アプリケーションで正確な位置追跡が保証され、単方向アプリケーションでは、AB コード遷移付近での振動や機械的ディザリングによって発生する誤ったカウントが防止されます。

多くの場合、エンコーダのカウントはメートル、マイル、回転などの単位で表す必要があります。このような場合、カウントは、カウントあたりのエンコーダ変位の比率を掛けて目的の単位に変換されます。 ${\displaystyle D}$${\displaystyle C}$

${\displaystyle position=counts\times {\frac {D}{C}}}$。

通常、この計算は、インクリメンタル エンコーダ インターフェイスからカウントを読み取るコンピュータによって実行されます。たとえば、移動 1 ミリメートルあたり 8000 カウントを生成するリニア インクリメンタル エンコーダの場合、ミリメートル単位の位置は次のように計算されます。

${\displaystyle mm=counts\times {\frac {\text{1 mm}}{\text{8000 counts}}}}$。

インクリメンタル エンコーダ インターフェイスが絶対位置を追跡して報告するには、エンコーダ カウントを、エンコーダが取り付けられている機械システムの基準位置と相関させる必要があります。これは通常、システムをホーミングすることによって行われます。ホーミングとは、機械システム (およびエンコーダ) を基準位置と揃うまで移動し、関連する絶対位置カウントをエンコーダ インターフェイスのカウンターに ジャミングする操作です^{[注 2] 。}

一部の機械システムには、ホーミングを容易にするために近接センサーが組み込まれており、機械システムが「ホーム」(基準) 位置にあるときに信号を出力します。このような場合、機械システムは、エンコーダ インターフェイスがセンサー信号を受信するまで移動することでホームに戻り、対応する位置値が位置カウンターに入力されます。

一部の回転機械システム (回転レーダー アンテナなど) では、対象となる「位置」は基準方向に対する回転角度です。通常、これらのシステムではインデックス(またはZ ) 出力信号を持つ回転増分エンコーダが使用されます。シャフトが基準方向にあるときにインデックス信号がアサートされ、エンコーダ インターフェイスによって基準角度が位置カウンタに入力されます。

一部のインクリメンタル エンコーダ アプリケーションには基準位置検出器がないため、他の方法でホーミングを実装する必要があります。たとえば、マウスまたはトラックボール ポインティング デバイスを使用するコンピュータでは、通常、起動時に画面の中央の初期位置を想定してデバイスをホーミングし、対応するカウントを X および Y 位置カウンタに入力します。手動コントロール (オーディオ ボリューム コントロールなど) として使用されるパネル エンコーダの場合、通常、初期位置は電源投入時にフラッシュまたはその他の不揮発性メモリから取得され、位置カウンタに入力されます。電源を切ると、現在の位置カウントが不揮発性メモリに保存され、次回の電源投入時の初期位置として使用されます。

インクリメンタルエンコーダは、機械システムの速度を測定するためによく使用されます。これは、監視目的、またはモーションコントロールのフィードバックを提供するため、あるいはその両方で行われます。^{[5]この広範な用途には、}レーダーアンテナの回転と材料コンベアの速度制御、およびロボット、CMM、CNCマシンのモーションコントロールが含まれます。

インクリメンタル エンコーダ インターフェイスは、主に機械的な変位を追跡することに関係しており、通常は速度を直接測定しません。したがって、速度は、時間に対する位置の微分を取ることによって間接的に測定する必要があります。位置信号は本質的に量子化されているため、特に低速では量子化誤差のために微分を取ることが困難になります。

エンコーダの速度は、エンコーダの出力パルス（またはエッジ）をカウントするか、タイミングを計ることによって決定できます。^[7]結果の値はそれぞれ周波数または周期を示し、そこから速度を計算できます。速度は周波数に比例し、周期に反比例します。

位置信号がサンプリングされる場合（離散時間信号）、パルス（またはパルスエッジ）がインターフェースによって検出されカウントされ、速度は通常、インターフェースへの読み取りアクセス権を持つコンピュータによって計算されます。これを行うには、コンピュータは時刻にインターフェースから位置カウントを読み取り、その後、しばらくしてからカウントを再度読み取り、を取得します。次に、間隔toの平均速度が計算されます。^[2]${\displaystyle C_{0}}$${\displaystyle T_{0}}$${\displaystyle T_{1}}$${\displaystyle C_{1}}$${\displaystyle T_{0}}$${\displaystyle T_{1}}$

${\displaystyle 速度={\frac {(C_{1}-C_{0})}{(T_{1}-T_{0})}}}$。

結果として得られる速度値は、単位時間あたりのカウント数 (たとえば、1 秒あたりのカウント数) として表されます。ただし、実際には、メートル/秒、回転数/分 (RPM)、マイル/時 (MPH) などの標準化された単位で速度を表す必要があることがよくあります。このような場合、ソフトウェアは、カウントと必要な距離単位の関係、およびサンプリング期間と必要な時間単位の比率を考慮します。たとえば、1 回転あたり 4096 カウントを生成し、1 秒あたり 1 回読み取られるロータリー インクリメンタル エンコーダの場合、ソフトウェアは RPM を次のように計算します。

${\displaystyle RPM={\frac {(C_{1}-C_{0})}{\text{1 秒}}}\times {\frac {\text{60 秒}}{\text{1 分}}}\times {\frac {\text{1 回転}}{\text{4096 カウント}}}}$。

この方法で速度を測定する場合、測定解像度はエンコーダ解像度とサンプリング周期（2つのサンプル間の経過時間）の両方に比例します。サンプリング周期が長くなると、測定解像度は高くなります。^[2]

あるいは、パルス幅または周期を測定することにより、各エンコーダ出力パルスで速度測定を報告することもできます。この方法を使用すると、測定は特定の時間ではなく特定の位置でトリガーされます。速度の計算は上記と同じです (カウント / 時間) が、この場合、測定の開始時間と終了時間 (および) は時間基準によって提供されます。 ${\displaystyle T_{0}}$${\displaystyle T_{1}}$

この技術は位置量子化誤差を回避しますが、時間基準の量子化に関連する誤差を導入します。また、位相誤差、対称性誤差、遷移位置の公称値からの変動など、センサーの非理想性に対してより敏感です。^[8]

インクリメンタルエンコーダ インターフェイスは、インクリメンタル エンコーダから信号を受信し、その信号を処理して絶対位置やその他の情報を生成し、その結果得られた情報を外部回路で利用できるようにする電子回路です。

インクリメンタル エンコーダ インターフェイスは、 ASIC、FPGA内のIP ブロック、マイクロコントローラ内の専用周辺インターフェイス、ソフトウェア (割り込みまたはポーリングGPIO経由) など、さまざまな方法で実装されます。

実装に関係なく、インターフェイスは、次の状態変化が発生する前にすべての AB 状態変化を検出できるほど頻繁にエンコーダのAおよびB出力信号をサンプリングする必要があります。状態変化を検出すると、 A がBより進んでいるか遅れているかに基づいて位置カウントを増分または減分します。これは通常、前の AB 状態のコピーを保存し、状態変化時に現在の AB 状態と前の AB 状態を使用して移動方向を決定することによって行われます。

インクリメンタル エンコーダ インターフェイスは、さまざまな種類の電子回路を使用して、エンコーダによって生成された信号を受信します。これらのライン レシーバは、下流のインターフェイス回路を保護するバッファとして機能し、多くの場合、信号調整機能も提供します。

インクリメンタル エンコーダ インターフェイスは、通常、シュミット トリガー入力を使用して、シングルエンド(プッシュプル、オープン コレクタなど) 出力を持つエンコーダからの信号を受信します。このタイプのライン レシーバは、本質的に低レベルのノイズ (入力ヒステリシスによる) を排除し、無効な (場合によっては破壊的な) ロジック信号レベルから下流の回路を保護します。

RS-422 ライン レシーバーは、差動出力を持つエンコーダーからの信号を受信するためによく使用されます。このタイプのレシーバーは、コモン モード ノイズを除去し、入力差動信号を下流のロジック回路に必要なシングルエンド形式に変換します。

ミッションクリティカルなシステムでは、エンコーダの電源喪失、信号ドライバの障害、ケーブルの障害、またはケーブルの切断による入力信号の喪失を検出するために、エンコーダ インターフェイスが必要になる場合があります。これは通常、有効な入力信号の欠如を検出し、この状態を「信号喪失」ステータス出力で報告する拡張 RS-422 ライン レシーバを使用して実現されます。通常の操作では、入力状態の遷移中にステータス出力にグリッチ(短いパルス) が表示されることがあります。通常、エンコーダ インターフェイスはステータス信号をフィルタリングして、これらのグリッチが誤って信号喪失と解釈されるのを防ぎます。インターフェイスによっては、後続の処理に、信号喪失の検出時に割り込み要求を生成したり、エラー ログまたは障害分析のためにアプリケーションに通知を送信したりすることが含まれる場合があります。

インクリメンタルエンコーダインターフェースは、主にクロック信号によってペースが調整されるシーケンシャルロジックで構成されています。しかし、入力されるエンコーダ信号は、そのタイミングがエンコーダの動きによってのみ決定されるため、インターフェースクロックに対して非同期です。したがって、AおよびB （使用されている場合はZおよびアラームも）ラインレシーバからの出力信号は、準安定性によるエラーを回避するため、および信号を直交デコーダのクロックドメインに強制するために、インターフェースクロックに同期する必要があります。^[9]

通常、この同期は、ここに示す2つのフリップフロップ同期装置のような独立した単一信号同期装置によって実行されます。非常に高いクロック周波数の場合、または非常に低いエラー率が必要な場合、許容できるほど低いビットエラー率を達成するために、同期装置に追加のフリップフロップが含まれることがあります。^[10]

多くの場合、エンコーダインターフェースは、同期されたエンコーダ信号をフィルタリングしてからさらに処理する必要があります。これは、モーターアプリケーションで一般的に見られる低レベルのノイズや短時間の大きな振幅のノイズスパイクを除去するために必要になる場合があります^[11]。また、機械式エンコーダの場合は、機械的な接触バウンスによるカウントエラーを回避するためにAとBのデバウンスが必要になります。

ハードウェア ベースのインターフェイスでは、エンコーダ信号用のプログラム可能なフィルターが提供されることが多く、フィルター設定の範囲が広いため、必要に応じて、接点のデバウンスや、ノイズやゆっくり変化する信号による過渡現象の抑制が可能になります。ソフトウェア ベースのインターフェイスでは、AとB は通常、ソフトウェアによってサンプリング (ポーリングまたはエッジ割り込み経由) され、デバウンスされる GPIOに接続されます。

インクリメンタル エンコーダ インターフェイスでは通常、直交デコーダを使用して、 A信号とB信号を、双方向(アップカウントとダウンカウント) 同期カウンタを制御するために必要な方向信号とカウント イネーブル(クロック イネーブル) 信号に変換します。

通常、直交デコーダは有限状態マシン(FSM) として実装され、A信号とB信号を同時にサンプリングして、統合された「AB」サンプルを生成します。新しい AB サンプルが取得されるたびに、FSM は前の AB サンプルを保存し、後で分析できるようにします。FSM は新しい AB 状態と以前の AB 状態の違いを評価し、検出された AB 状態シーケンスに応じて方向とカウントのイネーブル信号を生成します。^[11]

連続する 2 つの AB サンプルでは、 ​​AまたはBの論理レベルが変化するか、両方のレベルが不変のままになる可能性がありますが、通常の操作ではAとB の両方が変化することはありません。この点で、各 AB サンプルは実質的に 2 ビットのグレイ コードです。

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  前進方向への動き
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  逆方向への動き
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  動きなし
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  エラー

AまたはBのみが状態を変更した場合、エンコーダーは測定解像度の 1 つの増分を移動したとみなされ、それに応じて、直交デコーダーはカウント イネーブル出力をアサートしてカウントの変更を許可します。エンコーダーの移動方向 (順方向または逆方向) に応じて、デコーダーは方向出力をアサートまたはネゲートして、カウントを増加または減少させます (またはその逆)。

AもBも変化しない場合は、エンコーダが移動していないとみなされ、直交デコーダはカウント有効出力を否定し、カウントは変化しません。

連続する AB サンプルでAとB の両方のロジック状態が変化すると、直交デコーダは増分数やエンコーダがどの方向に移動したかを判断する方法がありません。これは、エンコーダの速度が速すぎてデコーダが処理できない場合 (つまり、AB 状態の変化率が直交デコーダのサンプリング レートを超えている場合。ナイキスト レートを参照)、またはA信号またはB信号にノイズがある場合に発生することがあります。

多くのエンコーダ アプリケーションでは、カウンタがエンコーダの位置を正確に示さなくなるため、これは壊滅的なイベントとなります。その結果、直交デコーダは、A状態とB状態が同時に変化したときにアサートされる追加のエラー信号を出力することがよくあります。この状態の重大性と時間的制約のため、エラー信号は割り込み要求に接続されることがよくあります。

直交デコーダは、必ずしも増分位置変化ごとにカウントの変更を許可するわけではありません。デコーダが増分位置変化 ( AまたはBの遷移によるもので、両方ではない) を検出すると、 AB 状態遷移とデコーダのクロック乗数に応じて、カウントの変更を許可するか、カウントを禁止する場合があります。

直交デコーダのクロック乗算器は、カウント レートがAまたはBパルス周波数の倍数となることから、このように呼ばれています。デコーダの設計に応じて、クロック乗算器は設計にハードワイヤードで組み込まれる場合もあれば、入力信号を介して実行時に構成可能な場合もあります。

クロック乗算器の値は 1、2、または 4 です (通常は「x1」、「x2」、「x4」、または「1x」、「2x」、「4x」と指定されます)。^[12] x4 乗算器の場合、カウントは AB 状態の変化ごとに変化するため、カウント レートはAまたはB周波数の 4 倍になります。x2 乗算器と x1 乗算器では、上記の直交デコーダ状態表に示すように、一部の AB 状態の変化でカウントを変更できますが、すべての AB 状態の変化でカウントを変更することはできません (注: この表は、x2 乗算器と x1 乗算器のいくつかの可能な実装の 1 つを示しています。他の実装では、異なる AB 遷移でカウントを有効にできます)。

アプリケーションの観点から見ると、増分エンコーダ インターフェイスの基本的な目的は、要求に応じて位置情報を報告することです。アプリケーションによっては、プログラム制御下でコンピュータがいつでも位置カウンタを読み取れるようにするだけの簡単な場合もあります。より複雑なシステムでは、位置カウンタは中間ステート マシンによってサンプリングされ、処理され、そのサンプルがコンピュータで使用できるようになります。

エンコーダーインターフェースは、通常、位置報告を容易にするためにサンプルレジスターを採用しています。コンピューターがプログラム制御下で位置情報を要求する単純なケースでは、インターフェースは位置カウンターをサンプリングし（つまり、現在の位置カウントをサンプルレジスターにコピーし）、コンピューターはサンプルレジスターからカウントを読み取ります。このメカニズムにより、アトミック操作が実現され、サンプルデータの整合性が確保されます。サンプルデータの整合性は、そうでなければ危険にさらされる可能性があります（たとえば、サンプルのワードサイズがコンピューターのワードサイズを超える場合）。^[1]

場合によっては、コンピュータがプログラム的に (プログラムされた I/Oを介して) 適切なタイミング精度で位置情報を取得できないことがあります。たとえば、ソフトウェアのタイミングの変動により、コンピュータがタイムリーな定期スケジュール (速度測定など) でサンプルを要求できないことがあります。また、一部のアプリケーションでは、外部イベントの発生時にサンプルを要求する必要がありますが、コンピュータがタイムリーに要求できないことがあります。エンコーダの速度と解像度が高い場合、割り込みを使用してサンプルを要求する場合でも、位置測定エラーが発生する可能性があります。これは、IRQ が信号で通知されてから割り込みハンドラによってサンプル要求が発行されるまでの間にエンコーダが移動する可能性があるためです。

この制限を克服するために、インクリメンタルエンコーダインターフェースではハードウェアトリガーサンプリングを実装するのが一般的です。これにより、トリガー入力信号によって指示された正確に制御された時間に位置カウンターをサンプリングできます。^[1]これは、特定の時間に位置をサンプリングする必要がある場合や、物理的なイベントに応答して位置をサンプリングする必要がある場合に重要であり、複数のエンコーダインターフェース（軸ごとに1つ）の位置カウンターを同時にサンプリングする必要がある多軸モーションコントロールやCMMなどのアプリケーションでは不可欠です。

多くのアプリケーションでは、コンピュータは各サンプルがいつ取得されたかを正確に把握している必要があり、インターフェイスに複数のトリガー入力がある場合は、どの信号がサンプル取得をトリガーしたかを把握している必要があります。これらの要件を満たすために、インターフェイスには通常、すべてのサンプルにタイムスタンプとトリガー情報が含まれます。

サンプリング トリガーは、多くの場合、ソフトウェアの実行とは非同期です。したがって、トリガー信号に応答して位置カウンターがサンプリングされるとき、サンプルが利用可能であることをコンピューターに通知する必要があります (通常は割り込み経由)。これにより、ソフトウェアをイベント駆動型(ポーリング型ではなく) にすることができ、応答性の高いシステム動作が促進され、ポーリングのオーバーヘッドが排除されます。

連続サンプリング トリガーは、コンピューターが結果のサンプルを処理できる速度よりも速く発生することがあります。この場合、サンプル レジスタの情報はコンピューターが読み取る前に上書きされ、データが失われます。この問題を回避するために、一部のインクリメンタル エンコーダ インターフェイスはサンプル用にFIFOバッファーを提供します。 ^[1]各サンプルが取得されると、FIFO に格納されます。コンピューターがサンプルを要求すると、FIFO 内の最も古いサンプルを読み取ることができます。

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