光编码器里面＂光电池＂是给芯片供电的吗？ 这个问题好有趣

1光编芯片从电缆吃进 47.5 毫瓦，被叫作“光电池”的感光阵列一路只吐 1.12 微安，12 路加起来约 3 微瓦。

2读头只收它的电流、不要它的电压：开路电压按对数走，温度升 7 度就和光少一半分不清。

3连偏压都不给它，是为了 125 度下暗电流不盖过 0.5 毫伏的噪声；代价是电容，400 千赫照样够用。

9 月 18 日，昆泰芯发了一条新品新闻：KTO9348 光编芯片，10 月在上海工博会正式发布。

光编芯片干的活不复杂。码盘转起来，LED 的光穿过盘上的细刻线，一明一暗地落在芯片表面那片感光阵列上。芯片把这一明一暗，变成正弦和余弦信号。

这片感光阵列，业界有个很奇葩的叫法：“光电池”。

奇葩到连海德汉 2017 年 11 月版的《Rotary Encoders》样本里，第 15 页扫描原理图上标的也是 photovoltaic cells。光伏电池，和屋顶上的太阳能板一个名字。

外行第一次听到，多半会问：光编码器是靠这片光电池给芯片供电的吗？

这个问题好有趣。照着名字字面去想，本来就该这么问。名字起成这样，怪不得人问。

答案在新闻稿后面那张参数表里，两行隔得不远。一行是供电电流，9.5 到 15 毫安。另一行是允许光电流，0 到 1120 纳安。

前一行是芯片吃进去的，后一行是这片“电池”吐出来的。吐出来的，只有吃进去的八千分之一。

吃进去

9.5–15 mA

供电电流 · 4.1–5.5 V

按 5 V 算 ≈ 47.5–75 mW

“电池”吐出来

0–1120 nA

允许光电流 · 一路

满光也就 1.12 µA

数据：KTO9348 新品新闻参数表 · 9.5 mA ÷ 1.12 µA ≈ 8480

就这点出息，也好意思叫“电池”。

四月份写过一篇“M序列编码器”，那回的名字在数学上站不住。这回这个更奇葩：物理上挑不出错，这片硅确实能发电；偏偏读头最不让它干的就是发电，它却把这件事写成了自己的名字。

那张参数表正好摆在这儿，可以拿它一笔一笔算。

PART 01

一颗读头芯片吃 47.5 毫瓦，这节“电池”一路只吐 1.12 微安

先看编码器自己要多少电。

KTO9348 那张表上，模拟供电 4.1 到 5.5 伏，供电电流 9.5 到 15 毫安。按 5 伏算，芯片本身就吃掉 47.5 到 75 毫瓦，还不算照亮码盘的那颗 LED。

换一家看也是一样。Broadcom 的反射式模组 AEDR-9830，手册写的是 3.3 伏、典型 30 毫安，差不多 100 毫瓦。这些电全从驱动器那根线上来。

“电池”那一头，就是开头说的允许光电流：0 到 1120 纳安。满光的时候，一路最多吐 1.12 微安。

这颗芯片扫三条模拟码道，出 6 路差分的正弦和余弦，也就是 12 路光电流。把这 12 路全当太阳能板用，按零点几伏的电压估，加起来 3 微瓦上下。

47.5 毫瓦对 3 微瓦，差一万倍以上。拿它给芯片供电，连零头的零头都凑不齐。“供电”这两个字，到这里就可以不提了。

一颗读头芯片的电，从哪来、到哪去

芯片从电缆吃进去47.5 mW

12 路“电池”全当太阳能板用≈ 3 µW

这一条细到几乎看不见：它只有上面那条的一万五千分之一左右。

按 5 V、典型 9.5 mA 算；3 µW 按零点几伏开路电压估。

名字里剩下的“光伏”二字，倒是有来历。

PART 02

名字里站得住的，只有“光伏”这一半

硅里的电子被原子拴着，挣脱要大约 1.12 电子伏。新闻稿推荐红光光源，峰值灵敏度在 680 纳米，这样一个光子带 1.82 电子伏，够把一个电子踢出来，原地留下一个空穴。PN 结交界处天生有一片电场，把电子推向 N 边、空穴推向 P 边。两头接上导线，电流就流出来，不需要任何电源。

这件事在桌上就能复现。拿一颗 Vishay 的 BPW34，感光面积 7.5 平方毫米，放在每平方厘米 1 毫瓦的 950 纳米光下。手册给的数：开路电压 350 毫伏，短路电流 47 微安。

桌上那颗 · Vishay BPW34

感光面积7.5 mm²

开路电压350 mV

短路电流47 µA

每瓦光换0.63 A

最多往外送≈ 11 µW

条件：1 mW/cm²、950 nm；11 µW 按填充因子 0.7 估。

落到它身上的光是 75 微瓦，每瓦光换 0.63 安电流。按常见的填充因子 0.7 估，它最多往外送 11 微瓦上下。这是一颗 7.5 平方毫米的大块头，在正经光照下的全部家当。

读头里的那片小得多。KTO9348 的参数表直接写了细分码道面积：0.075 平方毫米，是 BPW34 的百分之一。

BPW34
7.5 mm²

读头一路
0.075 mm²

面积按真实比例画：边长差 10 倍，面积差 100 倍

表里还有一行光敏度，0.3 伏每微瓦。除以 0.95 兆欧的典型跨阻，折回来是每瓦光 0.32 安电流。要吐满 1.12 微安，这 0.075 平方毫米上得落 3.5 微瓦的光，相当于每平方厘米 4.7 毫瓦。

能发电，是“电池”两个字唯一站得住的地方。接下来看读头怎么对待这一点。

PART 03

当电池读，温度升 7 度就和光少一半分不清

同一个结，外面怎么接，决定了读到的是什么。

名字许诺的那种用法，是两头开路、量电压。这个读法在编码器里过不了两关。

第一关是线性。光强减半，BPW34 的短路电流从 47 掉到 23.5 微安，开路电压却只少 18 毫伏左右，从 350 降到 332。它按对数走。

第二关是温度。手册写开路电压的温度系数是每度 -2.6 毫伏。18 除以 2.6，约等于 7。温度升 7 度和光少一半，在电压读数上分不出来。电机壳里一小时升几十度是常事，照这个读法，读到的有一半是温度。

换成两头短路、量电流。同一颗 BPW34，短路电流的温度系数只有每度 0.1%，升 60 度才变 6%。光强减半，电流就减半，是一条直线。码盘一转，短路电流原样画出一条正弦。

✕当电池读

两头开路 · 量电压

光少一半：只少 18 mV

温度：每度 -2.6 mV

升 7 度 ≈ 光少一半

✓当眼睛读

两头短路 · 量电流

光少一半：电流就少一半

温度：每度 0.1%

升 60 度才变 6%

可是真拿导线短接，电流就在导线里转圈，读不出来。读头的办法是接一个跨阻放大器。运放把光电池那一端钉在一个固定电位上，看上去像一根导线，电流却全部流进反馈电阻，变成电压输出。

光→电流 nA→跨阻 0.95MΩ→电压 mV

能量来自 5 V 电源；这片硅两端的电压，被钉在一个固定电位上

KTO9348 那张表就是按这个逻辑写的。光电流用纳安给，跨阻 0.95 兆欧，100 纳安进来，出去 95 毫伏。跟感光有关的那几行里，没有一行是这片硅两端的电压。

于是它两端几乎没有电压，发出的电功率也几乎为零。输出信号里那点能量，是 5 伏电源通过运放给的。一节“电池”，要靠别人的电源才出得了声。

常温下的理由到此为止。还有一笔账，要到 125 度才看得见。

PART 04

连几伏偏压都不给它，125 度的暗电流才不会盖过 0.5 毫伏的噪声

读电流还有一种接法：给结加几伏反向电压，通信和测光里常这么用，收集更快。编码器很少这么干，原因在暗电流。

结在没光的时候也会漏一点电流，叫暗电流。BPW34 在 10 伏反偏、25 度下，典型值 2 纳安。按面积缩到 0.075 平方毫米，约 20 皮安。

硅结的暗电流随温度大约每 8 到 10 度翻一倍。从 25 度到 125 度，翻十次到十二次多，20 皮安就变成 20 到 115 纳安。KTO9348 标的工作温度，上限正好是 125 度。

这点电流乘上 0.95 兆欧，输出端的暗电平就要挪 19 到 110 毫伏。更麻烦的是差分的正负两路。两路暗电流哪怕只差一成，也有 2 到 11 纳安，折到输出是 2 到 10 毫伏的偏置。

同一张表上，RMS 输出噪声写的是 0.5 毫伏。反偏几伏的接法，到 125 度，暗电流造成的偏置就是这个噪声的 4 到 20 倍。

125 度下，反偏几伏会怎样

芯片标称 RMS 输出噪声0.5 mV

反偏时暗电流造成的差分偏置2–10 mV

按 BPW34 暗电流等比缩面积、每 8~10 度翻倍外推，正负两路只差一成。

偏置是噪声的 4 到 20 倍；零偏把这一项压到运放失调那几毫伏漏出的一点。

新闻稿没写它的光电池加多少偏压，写的是“超低暗电流”，配 -40 到 125 度。零偏是压住这笔账最直接的办法：结两端没有外加电压，正反两股电流互相抵消，剩下的只是运放失调那几毫伏压在结上漏出的一点。

零偏的代价是电容。反向电压越高，耗尽区越宽，电容越小。BPW34 零偏 70 皮法，加 3 伏降到 25 皮法，差 2.8 倍。电容大，前端就慢。

但编码器慢得起。KTO9348 的 -3 分贝截止频率是 400 千赫。它的 M 码道一圈 2048 个周期，400 千赫对应每分钟 11700 转。常见伺服电机最高 6000 转，信号 205 千赫，只用掉这份带宽的一半。光纤通信的接收管要跑到吉赫，所以一定反偏；编码器只要几百千赫，就拿这点带宽去换高温下的暗电流。

零偏的代价，编码器付得起

结电容 · 零偏70 pF

结电容 · 反偏 3 V25 pF

截止频率 400 kHz 对应11700 rpm

伺服电机最高 6000 rpm 用掉205 kHz

电容取 BPW34 手册；带宽取 KTO9348 参数表，M 码道一圈 2048 个周期。

不要它的电压，也不给它偏压。读头对这片硅的全部要求，只剩一样。

PART 05

它是一只按电流读的眼睛，翻参数表四行就能认出来

1它不供电。

2它能发电，读头不让它发。

3它两端的电压被钉住，读头要的只是那股跟着码盘明暗变化的电流。

视网膜见了光也会产生电信号，眼睛照样叫眼睛。

拿到一颗读头芯片的参数表，看这四行就能认出这片硅是怎么被用的。

1允许光电流那一行。

单位是纳安，就是按电流读的；要是出现开路电压，才是按电池读的。

2光敏度和跨阻。

伏每微瓦除以跨阻，得到每瓦光换多少安。再乘上码道面积，就能反推你的 LED 和码盘够不够亮。

3输出噪声那一行。

除以跨阻，得到折回输入的电流量级，再拿高温下的暗电流去比。暗电流比它大，细分在高温下就守不住。

4截止频率那一行。

除以一圈的周期数，得到最高转速，看离电机的最高转速还剩多少余量。

自己想验证，桌上一颗 BPW34、一块万用表就够。电流挡上，遮住一半光，读数直接掉一半。电压挡上，读数几乎不动。

电流挡

47→23.5

单位 µA · 遮住一半光

读数直接掉一半

电压挡

350→332

单位 mV · 遮住一半光

读数几乎不动

电压挡上那个几乎不动的读数，就是“电池”两个字在编码器里的全部用处。

公开来源 · 可自行复核

·昆泰芯官网博客《昆泰芯 KTO9348 光编芯片将在 2026 中国国际工业博览会正式发布》，2026-09-18：参数表中细分码道面积 0.075 mm²、跨阻 0.7/1/1.4 MΩ（典型 0.95）、允许光电流 01120 nA、光敏度 0.3 V/µW、-3 dB 截止频率 400 kHz、RMS 输出噪声 0.5 mV、峰值波长 680 nm、模拟供电 4.15.5 V、供电电流 9.515 mA、工作温度 -40125 ℃、M 码道 2×1024 CPR。

·HEIDENHAIN《Rotary Encoders》11/2017，ID 349529-2H，第 15 页 “Photoelectric scanning according to the imaging scanning principle” 图中标注 photovoltaic cells。

·Broadcom AEDR-9830DP 数据手册 DS102：VCC 2.97~3.63 V，ICC 典型 30 mA、最大 65 mA。

·Vishay BPW34 / BPW34S 数据手册，Document Number 81521，Rev. 2.1，23-Aug-11：感光面积 7.5 mm²；暗电流 2 nA 典型（VR = 10 V）；结电容 70 pF（0 V）、25 pF 典型（3 V）；开路电压 350 mV、温度系数 -2.6 mV/K；短路电流 47 µA、温度系数 0.1 %/K（1 mW/cm²，950 nm）。

·以下为本文推算，非手册值。11 µW 按填充因子 0.7 估。12 路合计约 3 µW，按零点几伏开路电压估。

·0.32 A/W 由 0.3 V/µW 除以 0.95 MΩ 得出；4.7 mW/cm² 由 1.12 µA ÷ 0.32 A/W ÷ 0.075 mm² 得出。

·暗电流按面积等比缩、按每 8~10 度翻倍外推，未计周长项。光强减半开路电压少 18 mV，按理想因子 1、kT/q·ln2 算。

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