探索AEDR - 9930E：三通道反射式增量旋转编码器的技术剖析

在当今的电子设备设计领域，编码器的性能和适用性对于系统的整体表现起着至关重要的作用。今天，我们将深入探讨博通（Broadcom）的AEDR - 9930E三通道反射式增量旋转编码器，它具备数字输出功能，分辨率高达397 LPI，能为众多应用场景提供精准的位置和速度反馈。

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产品概述

AEDR - 9930E是一款三通道反射式光学编码器，拥有可选择和可编程的三通道数字差分A、B和I输出。其数字编码器模式提供两通道（AB）正交数字输出和第三通道数字索引输出，且输出与TTL兼容，能轻松与大多数信号处理电路接口，便于集成到现有系统中。该编码器工作温度范围为 - 40°C至 + 115°C，适用于商业、工业和汽车等终端应用。它将LED光源和光电检测电路集成在一个小巧的封装中，尺寸仅为5.00 mm（L）× 5.00 mm（W）× 1.05 mm（H），非常适合对尺寸和空间要求苛刻的微型商业应用。

突出特性

丰富的数字输出选项

提供三通道差分或TTL兼容输出，以及两通道正交（AB）数字输出用于方向检测和第三通道索引数字输出，满足多样化的设计需求。

广泛的插值选择

内置插值器支持从1x到10x、12x、14x等多种插值因子，甚至包括用户可编程的插值因子，还可通过SPI将插值器编程为1x到1024x。

灵活的电源和温度适应性

工作电压支持3.3V和5.0V电源，内置LED电流调节，工作温度范围宽达 - 40°C至 + 115°C，确保在不同环境下稳定工作。

高编码分辨率

编码分辨率高达397 LPI（每英寸线数）或15.63 LPmm（每毫米线数），能提供精确的位置反馈。

应用领域

AEDR - 9930E的应用十分广泛，涵盖了闭环步进电机、小型电机和执行器、工业打印机、机器人、读卡器、云台变焦（PTZ）相机、便携式医疗设备、验光设备和线性平台等领域。不过需要注意的是，除非书面明确说明，该组件不适合用于安全相关应用，用户需自行评估其适用性并承担相关责任。

输出波形与参数定义

编码器的输出波形涉及多个重要参数，如计数（N）、周期（C）、周期误差（ΔC）、脉冲宽度（占空比）误差（ΔP）、状态（S）、相位（Φ）、光学半径（RoP）和索引脉冲宽度（Po）等。这些参数对于理解编码器的性能和信号特征至关重要，例如周期误差反映了周期的均匀性，脉冲宽度误差则体现了脉冲宽度与理想值的偏差。

电气特性与使用注意事项

绝对最大额定值

存储温度范围为 - 40°C至125°C，工作温度范围为 - 40°C至115°C，电源电压最大为7V。超过这些额定值可能无法保证编码器的正常运行，同时要避免暴露在强光下，以防设备永久损坏。

推荐工作条件

工作温度 - 40°C至115°C，电源电压在3.0V - 3.6V或4.5V - 5.5V之间，电流、输出频率等也有相应的要求。此外，还需注意切向和径向的对准误差、码盘间隙和镜面反射率等参数。

上电行为

上电时，A、B和I数字输出在通道A或通道B信号首次切换状态之前无效。

引脚定义与编程选项

引脚功能

编码器的引脚定义明确，包括数字输出引脚、SPI通信引脚、电源引脚和校准状态引脚等。例如，CH A +和CH A - 用于数字A信号输出，SPI DIN和SPI DOUT用于SPI数据的输入和输出。

可编程选择

可通过SPI将编码器的插值因子编程为1x到1024x。具体步骤包括将外部选择配置为SPI模式：程序选择，然后将外部选择设置为SPI模式：输出启用。SPI通信有特定的引脚和读写时序图，以及相应的内存映射。

解锁与编程序列

需要进行解锁序列，如向SPI地址0x10写入值AB（十六进制）解锁一级，向SPI地址0x14写入值00（十六进制）进入页面0。编程内存时，向SPI地址0x11写入值A1（十六进制）。

插值设置与编程

要向SPI地址0x0B和0x0C写入相应的值来设置插值和索引宽度。在确定CPR设置后，向SPI地址0x11写入值A1（十六进制），然后才能对编码器进行编程。

自动校准过程

编码器内置自动校准过程，可在通电时通过将CAL焊盘短接到VDDA或VDD触发。校准的目的是将索引信号的中心与通道B信号的中心对齐，以优化编码器ASIC的内部设置，提高可靠性和性能。校准步骤包括以500 rpm至1500 rpm的转速旋转电机、短接CAL焊盘、开启电源、等待至少5秒，根据通道状态判断校准是否成功，若不成功则需检查空间对齐并重复步骤。

数字信号与电气特性

数字信号特性

在码盘RoP为5.21 mm、512 CPR的情况下，不同插值值下通道A和通道B信号的动态性能有所不同，如周期误差、脉冲宽度误差、相位误差和状态误差等会随着插值因子的增加而变化。

电气特性

包括高电平输出电压、低电平输出电压、输出电流、上升时间和下降时间等参数，这些参数反映了编码器输出信号的电气性能。

码盘设计

设计准则

码盘的窗口轨道为反射面，条形轨道为不透明面，增量窗口和条形轨道呈梯形，数量取决于CPR，且与索引窗口轨道有偏移。索引窗口轨道为矩形，宽度为0.0258 mm。

设计示例

以397 LPI和1250 CPR为例，详细说明了如何确定ROP_INC、ROP_INDEX、RO_INC等参数，为码盘设计提供了实际的参考。

安装与使用要点

放置方向与位置

编码器的发射器和探测器芯片与码盘窗口/条形方向平行，封装安装在码盘上方，探测器侧应更靠近码盘中心。编码器封装的光学中心必须与码盘的RoP相切，推荐的间隙设置为0.75 mm，范围为0.45 mm至1.05 mm。码盘逆时针旋转时通道A领先通道B，顺时针旋转时通道B领先通道A。

防潮处理

该编码器封装的防潮等级为3级（MSL 3），使用前需注意存储条件，如未开封的防潮袋可在 < 40°C/90% RH下存储12个月，开封后需在168小时内完成回流焊接安装。若湿度指示卡读数 > 10%或编码器暴露时间超过168小时，则需要进行烘烤处理。

订购信息

提供了多个相关的零件编号和订购信息，如AEDR - 9930E - 100为397 LPI增量旋转编码器，采用带盘包装，每盘1000件；还有不同配置的评估板和SPI编程套件可供选择。

AEDR - 9930E三通道反射式增量旋转编码器凭借其丰富的特性、广泛的应用范围和灵活的编程选项，为电子工程师在设计高精度位置和速度反馈系统时提供了一个强大的工具。在实际应用中，我们需要根据具体的需求和场景，合理选择编码器的参数和配置，同时严格遵循安装和使用注意事项，以确保编码器发挥最佳性能。你在使用类似编码器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。