探索Broadcom AS20系列微型编码器：创新技术与卓越性能

在电子工程领域，编码器作为关键组件，其性能和特性对诸多应用场景起着决定性作用。今天，我们来深入了解一下Broadcom的AS20系列微型编码器，一款融合了创新技术与卓越性能的磁绝对套件编码器。

文件下载：Broadcom AS20-Series微型编码器套件.pdf

一、技术原理与核心优势

1. 能量收集技术

AS20系列采用了专利的能量收集（EH）技术，这是其一大亮点。该技术的神奇之处在于，无论旋转速度和方向如何，都能产生相同数量的能量。所产生的能量足以驱动旋转跟踪电路，即使在没有外部电源的情况下，也能确保转数计数的准确性。这种技术使得编码器无需电池和齿轮，减少了维护需求和污染风险。

2. 高分辨率与宽温度范围

它具备全磁18位单圈（ST）和32位多圈（MT）的分辨率，组合分辨率高达50位。整体直径仅为Ø20 mm，非常适合小型化设计。而且，其工作温度范围极宽，从 –40°C到115°C，能适应各种恶劣环境。

3. 智能特性

AS20系列还拥有一系列智能特性，如内置温度传感器、用户可编程分辨率、零复位、系统报警等。这些特性使得编码器更加灵活和智能，能满足不同用户的需求。

二、系统规格与电气特性

1. 绝对最大额定值

在使用编码器时，了解其绝对最大额定值非常重要。AS20系列的工作温度范围为 –40°C到115°C，最高PCBA温度可达125°C。供电电压最大为7V，ESD（HBM）为±2kV，允许的最大转速为12,000 rpm，相对湿度最大为90%（T = 60°C，非冷凝）。此外，单圈分辨率为15 - 18位，多圈分辨率有12、14、16、20、24、32位可选，传输长度最大为25米。

2. 电气特性

在推荐的工作条件下（(V{DD}=4.5 ~V) 到 5.5V，(T{A}=-40^{circ} C) 到 115°C），供电电压典型值为5.0V，供电电流典型值为40 mA。单圈精度在组装到电机并完成自动增益校准后为±0.1度，上电待机时间最大为500 ms。协议IO驱动强度为5 - 40 mA，差分收发器具有一定的滞后和开口电压，输出和输入电压也有相应的规定。

三、机械结构与引脚定义

1. 机械结构

编码器主要由外屏蔽、自攻螺钉、上外壳、磁毂、超低头螺钉、下外壳和下屏蔽等部分组成。这种结构设计紧凑，便于安装和使用。

2. 引脚定义

编码器采用SM08B - SRSS - TB(LF)(SN)连接器，引脚分配根据不同的通信协议选项有所不同。例如，在BiSS - C、SSI、RS - 485和SPI协议中，每个引脚都有特定的功能。

四、安装与校准

1. 编码器组装

组装编码器时，需要先从包装托盘上取下下外壳、下屏蔽和磁毂，然后从外壳中取出磁铁。接着，将下外壳安装到电机上，确保编码器导向销插入电机导向孔，并使用M2X6超低头螺钉拧紧，推荐扭矩为0.12 Nm。之后，在磁毂上安装2个M2紧定螺钉，再将磁毂安装到电机轴上，使用高度定位夹具控制磁铁高度，最后拧紧紧定螺钉。最后，将带有PCBA的上编码器外壳组装到下编码器外壳上，使用M1.7x18自攻螺钉锁定，再安装外屏蔽，完成组装。

2. 校准

对于SSI选项，编码器校准和设备配置可通过在校准期间切换到SPI模式来实现。通过切换SEL1和SEL2引脚的逻辑电平，可以启用SPI校准模式。

五、通信协议与连接

1. RS - 485半双工协议

编码器与主机（如伺服驱动器）之间建立一对一的半双工串行通信，采用差分传输格式。编码器根据主机的命令请求执行特定操作，在执行请求操作之前需要确认命令请求。通信波特率为2.5 - 10 Mbps，帧长度为10位/帧，不同波特率下的帧集请求周期时间和抖动也有所不同。

2. BiSS - C串行接口

BiSS - C接口具有特定的时序特性，如MA频率为0.08 - 10 MHz，MA占空比为50%，忙时间和超时时间根据MA频率有所不同。编码器与主驱动器的连接需要满足一定的要求，如供电电压在4.5 - 5.5V之间，使用双绞线屏蔽电缆，终端使用220Ω电阻，屏蔽线两端接地。

3. SSI 2 - 线串行接口

SSI协议的时钟频率为100 - 10,000 kHz，时钟占空比为50%，单稳态时间最大为20 μs，暂停时间最小为21 μs。编码器校准和配置通过切换到SPI模式实现，通过设置SEL1和SEL2引脚的逻辑电平来启用SPI校准模式。

4. SPI 4 - 线协议

SPI协议有一系列的时序要求，如NCS下降沿与CLK上升沿之间的时间、串行时钟周期、时钟低电平和高电平时间等。用户需要根据这些要求进行设计和使用。

六、编程与校准套件

为了方便用户评估AS20系列编码器，Broadcom提供了基于MCU的编程套件。该套件支持各种AS20协议选项，具有相同的硬件和基于Windows的GUI，方便用户进行编程和校准操作。

七、产品型号与包装信息

AS20系列有多种产品型号可供选择，如AS20 - M42M - B11、AS20 - M42M - S11、AS20 - M42M - P11、AS20 - M42M - K11等，不同型号具有不同的分辨率、输出类型和协议。每个型号都有相应的标准包装增量和包装方法。

总的来说，Broadcom的AS20系列微型编码器凭借其创新的能量收集技术、高分辨率、宽温度范围、智能特性以及丰富的通信协议选项，在微型伺服电机和驱动器、线性执行器、医疗和实验室设备、机器人、自动导引车和工厂自动化等领域具有广泛的应用前景。作为电子工程师，我们在设计相关产品时，不妨考虑这款性能卓越的编码器。大家在使用编码器的过程中，有没有遇到过一些特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。