探索AEDR - 9930E：三通道反射式增量旋轉編碼器的技術剖析

在當今的電子設備設計領域，編碼器的性能和適用性對于系統的整體表現起著至關重要的作用。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編碼器，它具備數字輸出功能，分辨率高達397 LPI，能為眾多應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字差分A、B和I輸出。其數字編碼器模式提供兩通道（AB）正交數字輸出和第三通道數字索引輸出，且輸出與TTL兼容，能輕松與大多數信號處理電路接口，便于集成到現有系統中。該編碼器工作溫度范圍為 - 40°C至 + 115°C，適用于商業、工業和汽車等終端應用。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應用。

突出特性

豐富的數字輸出選項

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

廣泛的插值選擇

內置插值器支持從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性

工作電壓支持3.3V和5.0V電源，內置LED電流調節，工作溫度范圍寬達 - 40°C至 + 115°C，確保在不同環境下穩定工作。

高編碼分辨率

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

應用領域

AEDR - 9930E的應用十分廣泛，涵蓋了閉環步進電機、小型電機和執行器、工業打印機、機器人、讀卡器、云臺變焦（PTZ）相機、便攜式醫療設備、驗光設備和線性平臺等領域。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應用，用戶需自行評估其適用性并承擔相關責任。

輸出波形與參數定義

編碼器的輸出波形涉及多個重要參數，如計數（N）、周期（C）、周期誤差（ΔC）、脈沖寬度（占空比）誤差（ΔP）、狀態（S）、相位（Φ）、光學半徑（RoP）和索引脈沖寬度（Po）等。這些參數對于理解編碼器的性能和信號特征至關重要，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。

上電行為

上電時，A、B和I數字輸出在通道A或通道B信號首次切換狀態之前無效。

引腳定義與編程選項

引腳功能

編碼器的引腳定義明確，包括數字輸出引腳、SPI通信引腳、電源引腳和校準狀態引腳等。例如，CH A +和CH A - 用于數字A信號輸出，SPI DIN和SPI DOUT用于SPI數據的輸入和輸出。

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，以及相應的內存映射。

解鎖與編程序列

需要進行解鎖序列，如向SPI地址0x10寫入值AB（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。編程內存時，向SPI地址0x11寫入值A1（十六進制）。

插值設置與編程

要向SPI地址0x0B和0x0C寫入相應的值來設置插值和索引寬度。在確定CPR設置后，向SPI地址0x11寫入值A1（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。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，以優化編碼器ASIC的內部設置，提高可靠性和性能。校準步驟包括以500 rpm至1500 rpm的轉速旋轉電機、短接CAL焊盤、開啟電源、等待至少5秒，根據通道狀態判斷校準是否成功，若不成功則需檢查空間對齊并重復步驟。

數字信號與電氣特性

數字信號特性

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信號的動態性能有所不同，如周期誤差、脈沖寬度誤差、相位誤差和狀態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，這些參數反映了編碼器輸出信號的電氣性能。

碼盤設計

設計準則

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，為碼盤設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，探測器側應更靠近碼盤中心。編碼器封裝的光學中心必須與碼盤的RoP相切，推薦的間隙設置為0.75 mm，范圍為0.45 mm至1.05 mm。碼盤逆時針旋轉時通道A領先通道B，順時針旋轉時通道B領先通道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小時內完成回流焊接安裝。若濕度指示卡讀數 > 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

提供了多個相關的零件編號和訂購信息，如AEDR - 9930E - 100為397 LPI增量旋轉編碼器，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編碼器憑借其豐富的特性、廣泛的應用范圍和靈活的編程選項，為電子工程師在設計高精度位置和速度反饋系統時提供了一個強大的工具。在實際應用中，我們需要根據具體的需求和場景，合理選擇編碼器的參數和配置，同時嚴格遵循安裝和使用注意事項，以確保編碼器發揮最佳性能。你在使用類似編碼器時遇到過哪些挑戰呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。