探索AEDR - 9930EL：三通道反射式增量線性編碼器的卓越性能

在電子工程領(lǐng)域，編碼器是實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)控制和位置檢測(cè)的關(guān)鍵組件。今天，我們將深入探討博通（Broadcom）的AEDR - 9930EL三通道反射式增量線性編碼器，詳細(xì)了解其特點(diǎn)、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

文件下載：Broadcom AEDR-9930EL 3通道反射式光學(xué)編碼器.pdf

產(chǎn)品概述

AEDR - 9930EL是一款三通道反射式光學(xué)編碼器，提供三通道數(shù)字差分A、B和I輸出的可選和可編程選項(xiàng)。其數(shù)字編碼器模式具備兩通道（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(hào)處理電路接口，便于集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。該編碼器的工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C，適用于商業(yè)、工業(yè)和汽車等多種終端應(yīng)用。此外，它將LED光源和光電檢測(cè)電路集成在一個(gè)5.00 mm（L）× 5.00 mm（W）× 1.05 mm（H）的小型封裝中，非常適合對(duì)尺寸和空間要求較高的微型商業(yè)應(yīng)用。

關(guān)鍵特性

1. 豐富的數(shù)字輸出選項(xiàng)

提供三通道差分或TTL兼容輸出，兩通道正交（AB）數(shù)字輸出用于方向感應(yīng)，第三通道為索引數(shù)字輸出，為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了靈活的選擇。

2. 廣泛的內(nèi)插器選擇

內(nèi)置插值器支持從1x到10x、12x、14x、15x、16x、18x、20x、25x、32x、50x、64x、80x、100x、128x、160x、256x到512x等多種插值因子，還支持用戶可編程插值因子，并且通過(guò)SPI可實(shí)現(xiàn)從1x到1024x的可編程插值。

3. 靈活的供電電壓

支持3.3V和5.0V的工作電壓，適應(yīng)不同的電源系統(tǒng)。

4. 內(nèi)置LED電流調(diào)節(jié)

確保LED光源的穩(wěn)定工作，提高編碼器的可靠性。

5. 寬工作溫度范圍

能在 - 40°C至 + 115°C的溫度范圍內(nèi)正常工作，適用于各種惡劣的工業(yè)和汽車環(huán)境。

6. 高編碼分辨率

達(dá)到397 LPI（每英寸線數(shù)）或15.63 LPmm（每毫米線數(shù)），能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的位置檢測(cè)。

應(yīng)用領(lǐng)域

AEDR - 9930EL的多功能性使其在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，包括但不限于：

• 閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)：實(shí)現(xiàn)精確的電機(jī)控制和位置反饋。
• 小型電機(jī)和執(zhí)行器：為小型設(shè)備提供高精度的運(yùn)動(dòng)控制。
• 工業(yè)打印機(jī)：確保打印頭的精確移動(dòng)和定位。
• 機(jī)器人：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的精確運(yùn)動(dòng)和位置檢測(cè)。
• 讀卡器：提高卡片讀取的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
• 云臺(tái)變焦（PTZ）相機(jī)：實(shí)現(xiàn)相機(jī)的精確云臺(tái)控制和變焦功能。
• 便攜式醫(yī)療設(shè)備：滿足醫(yī)療設(shè)備對(duì)高精度和可靠性的要求。
• 驗(yàn)光設(shè)備：提供精確的位置檢測(cè)，確保驗(yàn)光的準(zhǔn)確性。
• 線性平臺(tái)：實(shí)現(xiàn)線性平臺(tái)的精確運(yùn)動(dòng)控制。

輸出波形與參數(shù)定義

編碼器的輸出波形包含正交信號(hào)A、B和I，文檔中對(duì)一些關(guān)鍵的數(shù)字參數(shù)進(jìn)行了定義，如計(jì)數(shù)（Count）、周期（Cycle）、周期誤差（Cycle Error）、脈沖寬度（Duty）誤差、狀態(tài)（State）、相位（Phase）、光學(xué)半徑（Optical Radius）和索引脈沖寬度（Index Pulse Width）等。這些參數(shù)對(duì)于理解編碼器的性能和進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要。

絕對(duì)最大額定值與推薦工作條件

絕對(duì)最大額定值

包括存儲(chǔ)溫度（ - 40°C至125°C）、工作溫度（ - 40°C至115°C）和電源電壓（7V）等參數(shù)，使用時(shí)需確保不超過(guò)這些額定值，以保證編碼器的正常工作。

推薦工作條件

涵蓋工作溫度、電源電壓、電流、最大輸出頻率、徑向不對(duì)中、碼輪間隙和鏡面反射率等多個(gè)方面。例如，工作溫度推薦范圍為 - 40°C至115°C，電源電壓為3.3V或5.0V，最大輸出頻率在不同插值因子下有不同的限制等。這些條件是保證編碼器性能最優(yōu)的關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)時(shí)需要嚴(yán)格遵循。

上電行為與引腳定義

上電行為

當(dāng)AEDR - 9930EL上電時(shí)，A、B和I數(shù)字輸出在通道A或通道B信號(hào)的初始第一次切換狀態(tài)之前是無(wú)效的。

引腳定義

編碼器的引腳眾多，每個(gè)引腳都有特定的功能，如數(shù)字輸出、SPI通信、電源、接地、校準(zhǔn)狀態(tài)和錯(cuò)誤狀態(tài)等。詳細(xì)的引腳定義有助于工程師進(jìn)行正確的電路連接和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

可編程選擇選項(xiàng)

內(nèi)置插值選擇

通過(guò)SEL1、SEL2、SEL3和IND SEL引腳的不同組合，可以選擇多種插值因子和索引模式，實(shí)現(xiàn)不同的編碼分辨率和索引功能。

SPI可編程選項(xiàng)

編碼器可以通過(guò)SPI進(jìn)行編程，插值因子范圍從1x到1024x。編程過(guò)程包括配置外部選擇到SPI模式、進(jìn)行解鎖序列、寫入程序內(nèi)存和設(shè)置插值參數(shù)等步驟。這些可編程選項(xiàng)為用戶提供了極大的靈活性，能夠根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行定制化配置。

電源與布線建議

在電源供應(yīng)引腳和一般布線方面，建議將VDDA、VDD和各自的接地（VSSA和VSSD）分別連接，并使用一對(duì)22 - μF和0.1 - μF的電容作為旁路電容，放置在電源和接地引腳之間，盡可能靠近編碼器ASIC封裝。同時(shí)，要設(shè)計(jì)單獨(dú)的VDD和VDDA走線，并盡量減小走線或電纜長(zhǎng)度。這些布線規(guī)則有助于減少電源噪聲和干擾，提高編碼器的穩(wěn)定性和性能。

自動(dòng)校準(zhǔn)過(guò)程

AEDR - 9930EL內(nèi)置自動(dòng)校準(zhǔn)算法，可通過(guò)將編碼器從非刻度狀態(tài)移動(dòng)到刻度狀態(tài)，或用紙張放在編碼器前面來(lái)觸發(fā)校準(zhǔn)過(guò)程。校準(zhǔn)的目的是將索引信號(hào)的中心與通道B信號(hào)的中心對(duì)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(zhǔn)步驟包括確保編碼器初始處于非刻度狀態(tài)、移動(dòng)碼帶使其處于刻度范圍內(nèi)、來(lái)回移動(dòng)碼帶并監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)狀態(tài)等。如果校準(zhǔn)不成功，需要檢查編碼器與碼帶之間的間隙，并重復(fù)校準(zhǔn)步驟。

信號(hào)特性與電氣特性

數(shù)字信號(hào)特性

在特定的碼輪條件下（ROP為5.21 mm，512 CPR），文檔給出了不同插值因子下通道A和通道B信號(hào)的動(dòng)態(tài)性能參數(shù)，如周期誤差、脈沖寬度誤差、相位誤差和狀態(tài)誤差等。這些參數(shù)反映了編碼器在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，對(duì)于評(píng)估編碼器的精度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

電氣特性

包括高電平輸出電壓、低電平輸出電壓、每通道輸出電流、上升時(shí)間和下降時(shí)間等參數(shù)，這些特性決定了編碼器與其他電路的兼容性和信號(hào)傳輸質(zhì)量。

碼輪與碼帶設(shè)計(jì)

碼輪特性

基于博通認(rèn)證的碼輪供應(yīng)商，碼輪的鏡面反射率在反射區(qū)域要求不低于60%，非反射區(qū)域不高于5%，LED峰值波長(zhǎng)為853 nm。

碼帶設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

碼帶的增量和索引窗口軌道為反射面，增量和索引條軌道為不透明面，只有一個(gè)索引窗口軌道，增量窗口和條軌道的數(shù)量取決于應(yīng)用需求。文檔還給出了碼帶的具體尺寸計(jì)算公式和397 LPI情況下的尺寸示例。合理的碼輪和碼帶設(shè)計(jì)是保證編碼器正常工作和高精度檢測(cè)的基礎(chǔ)。

編碼器放置與方向

編碼器的發(fā)射器和探測(cè)器芯片與碼輪窗口/條方向平行放置，編碼器封裝朝下安裝在碼輪上。編碼器封裝的光學(xué)中心必須與碼輪的ROP相切，推薦的最佳間隙為0.75 mm，范圍在0.45 mm至1.05 mm之間（基于512 CPR）。此外，碼輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)通道A領(lǐng)先通道B，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)通道B領(lǐng)先通道A。正確的放置和方向?qū)τ诰幋a器的性能和精度至關(guān)重要。

濕度敏感度與訂購(gòu)信息

濕度敏感度

AEDR - 9930EL封裝的濕度敏感度等級(jí)為3（MSL 3），在使用前需要注意存儲(chǔ)和處理?xiàng)l件，如未開(kāi)封的防潮袋可在 < 40°C/90% RH的環(huán)境下存儲(chǔ)12個(gè)月，開(kāi)封后需在特定條件下進(jìn)行操作，必要時(shí)還需要進(jìn)行烘烤處理。

訂購(gòu)信息

提供了相關(guān)的零件編號(hào)和訂購(gòu)信息，如AEDR - 9930EL - 100和AEDR - 9930EL - 102分別表示不同數(shù)量的編帶包裝，還有線性編碼器評(píng)估板和SPI編程套件等產(chǎn)品可供選擇。對(duì)于需要旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用，可參考AEDR - 9930E的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

綜上所述，AEDR - 9930EL三通道反射式增量線性編碼器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用范圍和靈活的可編程選項(xiàng)，為電子工程師提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要充分考慮其各項(xiàng)參數(shù)和特性，遵循相關(guān)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和建議，以實(shí)現(xiàn)編碼器的最佳性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在使用這款編碼器的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。