探索AEDR - 9930E：三通道反射式增量旋轉(zhuǎn)編碼器的技術(shù)剖析

在當今的電子設(shè)備設(shè)計領(lǐng)域，編碼器的性能和適用性對于系統(tǒng)的整體表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。今天，我們將深入探討博通（Broadcom）的AEDR - 9930E三通道反射式增量旋轉(zhuǎn)編碼器，它具備數(shù)字輸出功能，分辨率高達397 LPI，能為眾多應(yīng)用場景提供精準的位置和速度反饋。

文件下載：Broadcom AEDR-9930E 3通道反射式光學編碼器.pdf

產(chǎn)品概述

AEDR - 9930E是一款三通道反射式光學編碼器，擁有可選擇和可編程的三通道數(shù)字差分A、B和I輸出。其數(shù)字編碼器模式提供兩通道（AB）正交數(shù)字輸出和第三通道數(shù)字索引輸出，且輸出與TTL兼容，能輕松與大多數(shù)信號處理電路接口，便于集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。該編碼器工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C，適用于商業(yè)、工業(yè)和汽車等終端應(yīng)用。它將LED光源和光電檢測電路集成在一個小巧的封裝中，尺寸僅為5.00 mm（L）× 5.00 mm（W）× 1.05 mm（H），非常適合對尺寸和空間要求苛刻的微型商業(yè)應(yīng)用。

突出特性

豐富的數(shù)字輸出選項

提供三通道差分或TTL兼容輸出，以及兩通道正交（AB）數(shù)字輸出用于方向檢測和第三通道索引數(shù)字輸出，滿足多樣化的設(shè)計需求。

廣泛的插值選擇

內(nèi)置插值器支持從1x到10x、12x、14x等多種插值因子，甚至包括用戶可編程的插值因子，還可通過SPI將插值器編程為1x到1024x。

靈活的電源和溫度適應(yīng)性

工作電壓支持3.3V和5.0V電源，內(nèi)置LED電流調(diào)節(jié)，工作溫度范圍寬達 - 40°C至 + 115°C，確保在不同環(huán)境下穩(wěn)定工作。

高編碼分辨率

編碼分辨率高達397 LPI（每英寸線數(shù)）或15.63 LPmm（每毫米線數(shù)），能提供精確的位置反饋。

應(yīng)用領(lǐng)域

AEDR - 9930E的應(yīng)用十分廣泛，涵蓋了閉環(huán)步進電機、小型電機和執(zhí)行器、工業(yè)打印機、機器人、讀卡器、云臺變焦（PTZ）相機、便攜式醫(yī)療設(shè)備、驗光設(shè)備和線性平臺等領(lǐng)域。不過需要注意的是，除非書面明確說明，該組件不適合用于安全相關(guān)應(yīng)用，用戶需自行評估其適用性并承擔相關(guān)責任。

輸出波形與參數(shù)定義

編碼器的輸出波形涉及多個重要參數(shù)，如計數(shù)（N）、周期（C）、周期誤差（ΔC）、脈沖寬度（占空比）誤差（ΔP）、狀態(tài)（S）、相位（Φ）、光學半徑（RoP）和索引脈沖寬度（Po）等。這些參數(shù)對于理解編碼器的性能和信號特征至關(guān)重要，例如周期誤差反映了周期的均勻性，脈沖寬度誤差則體現(xiàn)了脈沖寬度與理想值的偏差。

電氣特性與使用注意事項

絕對最大額定值

存儲溫度范圍為 - 40°C至125°C，工作溫度范圍為 - 40°C至115°C，電源電壓最大為7V。超過這些額定值可能無法保證編碼器的正常運行，同時要避免暴露在強光下，以防設(shè)備永久損壞。

推薦工作條件

工作溫度 - 40°C至115°C，電源電壓在3.0V - 3.6V或4.5V - 5.5V之間，電流、輸出頻率等也有相應(yīng)的要求。此外，還需注意切向和徑向的對準誤差、碼盤間隙和鏡面反射率等參數(shù)。

上電行為

上電時，A、B和I數(shù)字輸出在通道A或通道B信號首次切換狀態(tài)之前無效。

引腳定義與編程選項

引腳功能

編碼器的引腳定義明確，包括數(shù)字輸出引腳、SPI通信引腳、電源引腳和校準狀態(tài)引腳等。例如，CH A +和CH A - 用于數(shù)字A信號輸出，SPI DIN和SPI DOUT用于SPI數(shù)據(jù)的輸入和輸出。

可編程選擇

可通過SPI將編碼器的插值因子編程為1x到1024x。具體步驟包括將外部選擇配置為SPI模式：程序選擇，然后將外部選擇設(shè)置為SPI模式：輸出啟用。SPI通信有特定的引腳和讀寫時序圖，以及相應(yīng)的內(nèi)存映射。

解鎖與編程序列

需要進行解鎖序列，如向SPI地址0x10寫入值A(chǔ)B（十六進制）解鎖一級，向SPI地址0x14寫入值00（十六進制）進入頁面0。編程內(nèi)存時，向SPI地址0x11寫入值A(chǔ)1（十六進制）。

插值設(shè)置與編程

要向SPI地址0x0B和0x0C寫入相應(yīng)的值來設(shè)置插值和索引寬度。在確定CPR設(shè)置后，向SPI地址0x11寫入值A(chǔ)1（十六進制），然后才能對編碼器進行編程。

自動校準過程

編碼器內(nèi)置自動校準過程，可在通電時通過將CAL焊盤短接到VDDA或VDD觸發(fā)。校準的目的是將索引信號的中心與通道B信號的中心對齊，以優(yōu)化編碼器ASIC的內(nèi)部設(shè)置，提高可靠性和性能。校準步驟包括以500 rpm至1500 rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)電機、短接CAL焊盤、開啟電源、等待至少5秒，根據(jù)通道狀態(tài)判斷校準是否成功，若不成功則需檢查空間對齊并重復步驟。

數(shù)字信號與電氣特性

數(shù)字信號特性

在碼盤RoP為5.21 mm、512 CPR的情況下，不同插值值下通道A和通道B信號的動態(tài)性能有所不同，如周期誤差、脈沖寬度誤差、相位誤差和狀態(tài)誤差等會隨著插值因子的增加而變化。

電氣特性

包括高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、輸出電流、上升時間和下降時間等參數(shù)，這些參數(shù)反映了編碼器輸出信號的電氣性能。

碼盤設(shè)計

設(shè)計準則

碼盤的窗口軌道為反射面，條形軌道為不透明面，增量窗口和條形軌道呈梯形，數(shù)量取決于CPR，且與索引窗口軌道有偏移。索引窗口軌道為矩形，寬度為0.0258 mm。

設(shè)計示例

以397 LPI和1250 CPR為例，詳細說明了如何確定ROP_INC、ROP_INDEX、RO_INC等參數(shù)，為碼盤設(shè)計提供了實際的參考。

安裝與使用要點

放置方向與位置

編碼器的發(fā)射器和探測器芯片與碼盤窗口/條形方向平行，封裝安裝在碼盤上方，探測器側(cè)應(yīng)更靠近碼盤中心。編碼器封裝的光學中心必須與碼盤的RoP相切，推薦的間隙設(shè)置為0.75 mm，范圍為0.45 mm至1.05 mm。碼盤逆時針旋轉(zhuǎn)時通道A領(lǐng)先通道B，順時針旋轉(zhuǎn)時通道B領(lǐng)先通道A。

防潮處理

該編碼器封裝的防潮等級為3級（MSL 3），使用前需注意存儲條件，如未開封的防潮袋可在 < 40°C/90% RH下存儲12個月，開封后需在168小時內(nèi)完成回流焊接安裝。若濕度指示卡讀數(shù) > 10%或編碼器暴露時間超過168小時，則需要進行烘烤處理。

訂購信息

提供了多個相關(guān)的零件編號和訂購信息，如AEDR - 9930E - 100為397 LPI增量旋轉(zhuǎn)編碼器，采用帶盤包裝，每盤1000件；還有不同配置的評估板和SPI編程套件可供選擇。

AEDR - 9930E三通道反射式增量旋轉(zhuǎn)編碼器憑借其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用范圍和靈活的編程選項，為電子工程師在設(shè)計高精度位置和速度反饋系統(tǒng)時提供了一個強大的工具。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇編碼器的參數(shù)和配置，同時嚴格遵循安裝和使用注意事項，以確保編碼器發(fā)揮最佳性能。你在使用類似編碼器時遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。