探索AEAT - 901B系列增量式磁编码器：特性、应用与设计要点

在电子工程师的日常设计工作中，编码器是实现精确运动控制和角度检测不可或缺的关键组件。今天，我们就来深入探讨一下Broadcom的AEAT - 901B系列增量式磁编码器，看看它有哪些独特之处，以及在实际应用中需要注意的要点。

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一、产品概述

AEAT - 901B系列是一系列增量式磁编码器，能够在完整的360°旋转范围内提供集成的角度检测解决方案。它采用了磁技术进行运动控制和传感活动，消除了机械接触，避免了机械磨损。该编码器具有三通道输出，每旋转360°还会提供一个额外的索引通道。并且，其最高转速上限受应用的轴承速度限制。

相较于传统编码器，磁编码器具有无接触、无磨损、寿命长、抗污染能力强等优点。在一些对环境要求较高、需要长期稳定运行的场合，AEAT - 901B系列磁编码器的优势就更加明显。那么，在你的设计中，磁编码器是否能比传统编码器带来更好的性能提升呢？

二、产品特性

2.1 高分辨率

该系列编码器的分辨率范围为256至10,000个周期每转（CPR），可以满足不同应用场景对精度的要求。无论是对精度要求较低的一般工业控制，还是对精度要求极高的精密仪器，都能找到合适分辨率的型号。

2.2 非接触式传感技术

采用非接触式传感技术，消除了机械磨损，提高了编码器的可靠性和使用寿命。同时，也减少了因机械接触产生的噪声和振动，使系统运行更加稳定。

2.3 宽温度范围

能够在 - 40°C 至 + 125°C 的宽温度范围内正常工作，适应各种恶劣的工业环境。这使得它在高温、低温等极端条件下都能保持稳定的性能。

2.4 三通道输出

提供三通道输出，包括A相、B相和索引通道。A相和B相的输出信号相位差为90°，可以用于判断旋转方向；索引通道每旋转360°输出一个脉冲，用于确定绝对位置。

2.5 单5V电源供电

仅需单5V电源供电，简化了电源设计，降低了系统成本。同时，也方便与其他5V供电的设备集成。

2.6 易于组装和无需信号调整

该编码器易于组装，并且无需进行信号调整，减少了安装和调试的时间和工作量。这对于大规模生产和现场安装来说非常方便。

2.7 直接电缆输出连接

通过电缆直接输出信号，实现了与其他设备的直接连接，无需额外的转接板或接口电路，提高了系统的可靠性和稳定性。

2.8 符合RoHS标准

产品符合RoHS标准，环保无污染，满足现代工业对环保的要求。

编码器的分辨率是一个非常关键的参数，它直接影响到系统的精度和性能。高分辨率的编码器能够提供更精确的位置和速度信息，适用于对精度要求较高的应用场景，如机器人、数控机床等。而对于一些对精度要求相对较低的应用，如普通的工业传动控制，可以选择较低分辨率的编码器以降低成本。在你的设计中，应该如何根据具体应用需求来选择合适分辨率的编码器呢？

三、产品选型

AEAT - 901B系列提供了多种不同分辨率的型号供用户选择，具体型号和参数如下表所示：	Part Number	Resolution (CPR)	Operating Temperature (°C)	Output Communication	DC Supply Voltage (V)
AEAT - 901B - F06	256	- 40 to + 125	Incremental	+ 5.0
AEAT - 901B - 106	512	- 40 to + 125	Incremental	+ 5.0
…	…	…	…	…
AEAT - 901B - P06	10000	- 40 to + 125	Incremental	+ 5.0

在选型时，用户可以根据实际应用对分辨率、工作温度等参数的要求来选择合适的型号。

四、电气特性

4.1 绝对最大额定值

Parameter	Symbol	Limits	Notes
DC Supply Voltage at Pin VoD = 5V	VDD	- 0.3 to + 6
Input Voltage	V1	- 0.3 to Vpp + 0.3
Storage Temperature	TsTG	- 40 to + 125

需要注意的是，超过绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏。

编码器在超过额定值的情况下运行，会带来诸多严重危害。从电压方面来看，若直流电源电压超过额定范围，可能会使编码器内部的电子元件承受过高的电压应力，导致元件击穿、烧毁，从而使编码器失去正常功能。过高的输入电压也会对输入电路造成损坏，影响信号的正常传输和处理。

温度也是一个关键因素。当工作温度超出额定范围时，编码器内部的磁性材料性能可能会发生变化，导致输出信号不稳定，分辨率下降。同时，高温还会加速电子元件的老化，缩短编码器的使用寿命。而在低温环境下，某些材料的物理特性会改变，可能引起机械结构的收缩或变形，影响编码器的正常运转。

转速超过额定值同样危险。过高的转速可能使编码器的轴承、轴等机械部件承受过大的离心力和摩擦力，导致机械磨损加剧，甚至出现机械故障。此外，电气输出信号也可能因转速过快而无法及时响应，造成信号丢失或失真，影响系统的控制精度。

所以，在使用编码器时，一定要严格遵守其额定值，确保其在安全的工作条件下运行。你在实际应用中是否遇到过因超过额定值而导致编码器故障的情况呢？

4.2 推荐工作条件

Parameter	Symbol	Limits	Unit	Notes
DC Supply Voltage at Pin VoD = 5V	VDD	+ 4.5 / + 5.5	V
Operating Temperature	TA	- 40 to + 125	℃
Rotational Speed	Mechanical	12000	RPM
	Electrical	7000	RPM

在推荐工作条件下，编码器能够保证其性能和可靠性。

4.3 DC特性

在推荐工作范围内，编码器的DC特性如下表所示：	Parameter	Symbol	Values	Unit	Notes
Min.	Typ.	Max.
VDo Supply Current	IDD		22	26	mA
Output High Voltage DO	VoH	VDD - 0.5			V
Output Low Voltage D0	VoL			Vss + 0.4	V
Output Current DO	lo			4	mA	VDo pin = 4.5V

这些特性参数有助于工程师进行电路设计和系统集成。

五、环境适应性

AEAT - 901B系列编码器具有良好的环境适应性，其环境规格如下表所示：	Parameter	Reference Standard	Test Conditions	Level
Electromagnetic Compatblity (EMC)
Electrostatic Discharge (ESD) lmmunity	IEC/EN61000 - 4 - 2	4kV
Power Frequency Magnetic Field Immunity	IEC/EN 61000 - 4 - 8	30 A/m (ontinuous field) 300 A/m (short duration field)	Level4
Pulse Magnetic Field Immunity	IEC/EN 61000 - 4 - 9	1000 A/m	Level 5
Damped Oscillatory Magnetic Field Immunity	IEC/EN 61000 - 4 - 10	100 A/m	Level 5
Mechanical Durability
Vibration (Operating)	IEC/EN 60068 - 2 - 6	10 Hz to 500 Hz at 5G
Shock	IEC/EN 60068 - 2 - 27	6 ms at 200G

该编码器符合工业环境4级的电磁兼容性要求，能够有效抵抗静电放电、工频磁场、脉冲磁场等干扰。同时，它还具有良好的机械耐久性，能够承受一定的振动和冲击。

在恶劣环境中，为确保编码器的正常运行，需要采取一系列有效的防护措施。

6.1 防尘与防潮

在多尘或潮湿的环境里，灰尘和湿气可能会进入编码器内部，影响其性能。可以为编码器安装防护外壳，防护等级应根据具体环境选择，一般建议达到IP65及以上，这样能有效阻止灰尘和水的侵入。同时，在安装编码器的空间内，可以使用干燥剂来吸收湿气，保持环境干燥。此外，定期对编码器进行清洁和检查，及时清除积累的灰尘和水汽。

6.2 抗干扰防护

编码器容易受到电磁干扰，导致输出信号不稳定。为了减少电磁干扰的影响，可以采用屏蔽电缆来传输信号，屏蔽层要可靠接地。在编码器的电源输入端，安装滤波器，以滤除电源中的杂波和干扰信号。还可以将编码器与其他强干扰源保持一定的距离，或者使用金属隔板进行隔离。

6.3 温度控制

高温和低温都会对编码器的性能产生不利影响。在高温环境下，可以为编码器安装散热装置，如散热片、风扇等，以降低其工作温度。而在低温环境中，则需要采取加热措施，如使用加热带，确保编码器在合适的温度范围内工作。同时，要选择具有宽温度范围适应性的编码器，以增强其在不同温度环境下的可靠性。

6.4 机械防护

编码器在恶劣环境中可能会受到振动、冲击等机械力的影响。为了保护编码器，应使用减震装置，如橡胶垫、弹簧等，减少振动对其的损害。在安装编码器时，要确保其安装牢固，避免因松动而导致的故障。此外，还可以为编码器添加防护罩，防止其受到外力的直接撞击。

你在实际应用中，是否遇到过编码器因环境问题而出现故障的情况？又是采取了哪些防护措施呢？

六、机械参数与安装

6.1 机械参数

No.	Parameter	Value
1	Operating Temperature	- 40° to + 125°
2	Shaft Axial Play	+ 0.08 mm
3	Shaft TIR	0.05 mm
4	Maximum Mechanical Speed	12,000 rpm
5	Shaft Diameter	6mm + 0 / - 0.01 mm
6	Moment Inertia	0.104g - cm2
7	Shaft Length	8.5mm + 1.0mm
8	Mounting Screw Size (mm)	M2x 0.4x8 (socket head cap screw, head 03.8 + 0.18 mm)
9	Recommended Screw Torque	0.6 lb.inch
10	Encoder Base Plate Thickness	2 mm
11	Bolt Circle	± 0.13

这些机械参数对于编码器的正确安装和使用非常重要，在安装过程中需要严格按照要求进行操作。

6.2 安装尺寸

文档中提供了编码器的封装和推荐安装尺寸图，在安装时应确保安装尺寸的准确性，以保证编码器的正常运行。

6.3 电气连接

编码器通过电缆直接输出信号，其电气连接方式如下表所示：	Pin	Symbol	Color
1	5V	Yellow
2	Gnd	Red
3	Ch A	Brown
4	Ch B	Orange
5	Index	Black

在进行电气连接时，要注意正确连接各个引脚，避免接错导致编码器无法正常工作。

在安装编码器时，有诸多注意事项需要工程师们格外关注，以确保编码器能够正常、稳定地运行。

7.1 安装环境

• 清洁度：安装现场应保持清洁，避免灰尘、杂物等进入编码器内部。如果环境灰尘较大，建议按照前文提到的防尘措施，为编码器安装防护外壳。例如在矿山、水泥厂等多尘环境中，防护外壳能有效防止灰尘对编码器的损害。
• 温度和湿度：要确保安装环境的温度和湿度在编码器的额定工作范围内。如AEAT - 901B系列编码器的工作温度范围是 - 40°C到 + 125°C，若超出此范围，需采取相应的温度控制措施，像高温环境下安装散热装置，低温环境下使用加热带。同时，要注意环境湿度，避免湿气对编码器造成损坏，可使用干燥剂来降低湿度。
• 电磁干扰：编码器应远离大型电动机、电焊机等强干扰源，因为这些设备频繁启动会产生电磁干扰，影响编码器的输出信号。若无法避免靠近干扰源，可采用屏蔽电缆传输信号，并将屏蔽层可靠接地，也可在电源输入端安装滤波器。

7.2 机械安装

• 安装尺寸：严格按照编码器的机械参数要求进行安装，确保安装尺寸准确。例如，要保证轴径、轴的轴向间隙、径向跳动等参数符合规定，否则可能会导致编码器运行不稳定，甚至损坏。就轴径而言，如果轴径过大或过小，可能会使编码器与轴的配合不紧密，影响测量精度。
• 安装牢固：编码器必须安装牢固，避免在运行过程中出现松动或振动。可使用合适的安装螺丝，并按照推荐的螺丝扭矩进行拧紧，如AEAT - 901B系列编码器推荐的螺丝扭矩为0.6 lb.inch 。松动的安装可能会使编码器的输出信号出现波动，影响系统的控制精度。
• 同心度：确保编码器与连接的轴同心度良好，否则会增加编码器的机械磨损，缩短其使用寿命。可以使用合适的工具进行校准，保证轴与编码器之间的同心度误差在允许范围内。

7.3 电气连接

• 正确接线：根据编码器的电气连接图，正确连接各个引脚，避免接错线导致编码器无法正常工作。在AEAT - 901B系列编码器中，要注意区分不同颜色的电线对应的引脚，如黄色线对应5V，红色线对应Gnd等。
• 电源供应：为编码器提供稳定的电源，确保电源电压在编码器的额定范围内。如果电源电压不稳定，可能会导致编码器输出信号异常。同时，要注意编码器的耗电流，确保其在电源的功率范围内。
• 信号传输：尽量减少信号传输线的长度，避免信号衰减。如果传输线过长，可考虑使用信号放大器来增强信号强度。

你在安装编码器时，有没有遇到过因为某个小细节没注意而导致的故障呢？又是如何解决的呢？

七、编码特性

7.1 增量输出波形

编码器的增量输出包含A、B、C三个通道，其中A、B通道信号具有90°的相位差，可用于判断旋转方向。具体来说，在顺时针方向（编码器顶视）下，B通道信号领先A通道90°；而在逆时针方向下，A通道信号领先B通道90°。这种相位关系使得系统能够准确判断编码器的旋转方向，为精确控制提供依据。

7.2 误差特性

文件中给出了典型的周期误差、占空比误差和相位误差随转速变化的曲线。这些误差特性反映了编码器在不同转速下的输出精度。在实际应用中，工程师需要根据系统对精度的要求，结合这些误差曲线来选择合适的编码器型号和工作转速。例如，对于对精度要求较高的数控机床，可能需要选择在工作转速下误差较小的编码器型号。

八、附件

该系列编码器可选配HEDS - 8934对齐工具套件，它由间隙设置板和定心夹具组成。通过该工具套件，可以更方便地进行编码器的安装和对齐，确保编码器的安装精度，从而提高其性能和可靠性。使用该工具套件时，可参考应用笔记5317中的装配指南来进行操作。你在安装编码器时，是否使用过类似的辅助工具呢？

九、总结

AEAT - 901B系列增量式磁性编码器是一款性能优良、可靠性高的编码器产品。它具有高分辨率、宽温度范围、非接触式传感等优点，能够满足多种工业应用场景的需求。在进行产品选型、安装和使用时，工程师需要充分了解其各项参数和特性，严格按照要求进行操作，以确保编码器能够发挥最佳性能，为系统的稳定运行提供保障。你在实际项目中是否使用过类似的编码器？对于编码器的选型和应用，你有哪些经验和心得呢？欢迎在评论区留言分享。

以上就是关于Broadcom AEAT - 901B系列增量式磁性编码器的详细介绍，希望对广大电子工程师在硬件设计和开发中有所帮助。