探索AEDR - 9930EL：三通道反射式增量线性编码器的卓越性能

在电子工程领域，编码器是实现精确运动控制和位置检测的关键组件。今天，我们将深入探讨博通（Broadcom）的AEDR - 9930EL三通道反射式增量线性编码器，详细了解其特点、应用以及设计要点。

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产品概述

AEDR - 9930EL是一款三通道反射式光学编码器，提供三通道数字差分A、B和I输出的可选和可编程选项。其数字编码器模式具备两通道（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。该编码器的工作温度范围为 - 40°C至 + 115°C，适用于商业、工业和汽车等多种终端应用。此外，它将LED光源和光电检测电路集成在一个5.00 mm（L）× 5.00 mm（W）× 1.05 mm（H）的小型封装中，非常适合对尺寸和空间要求较高的微型商业应用。

关键特性

1. 丰富的数字输出选项

提供三通道差分或TTL兼容输出，两通道正交（AB）数字输出用于方向感应，第三通道为索引数字输出，为不同的应用场景提供了灵活的选择。

2. 广泛的内插器选择

内置插值器支持从1x到10x、12x、14x、15x、16x、18x、20x、25x、32x、50x、64x、80x、100x、128x、160x、256x到512x等多种插值因子，还支持用户可编程插值因子，并且通过SPI可实现从1x到1024x的可编程插值。

3. 灵活的供电电压

支持3.3V和5.0V的工作电压，适应不同的电源系统。

4. 内置LED电流调节

确保LED光源的稳定工作，提高编码器的可靠性。

5. 宽工作温度范围

能在 - 40°C至 + 115°C的温度范围内正常工作，适用于各种恶劣的工业和汽车环境。

6. 高编码分辨率

达到397 LPI（每英寸线数）或15.63 LPmm（每毫米线数），能够实现高精度的位置检测。

应用领域

AEDR - 9930EL的多功能性使其在众多领域得到广泛应用，包括但不限于：

• 闭环步进电机：实现精确的电机控制和位置反馈。
• 小型电机和执行器：为小型设备提供高精度的运动控制。
• 工业打印机：确保打印头的精确移动和定位。
• 机器人：实现机器人关节的精确运动和位置检测。
• 读卡器：提高卡片读取的准确性和稳定性。
• 云台变焦（PTZ）相机：实现相机的精确云台控制和变焦功能。
• 便携式医疗设备：满足医疗设备对高精度和可靠性的要求。
• 验光设备：提供精确的位置检测，确保验光的准确性。
• 线性平台：实现线性平台的精确运动控制。

输出波形与参数定义

编码器的输出波形包含正交信号A、B和I，文档中对一些关键的数字参数进行了定义，如计数（Count）、周期（Cycle）、周期误差（Cycle Error）、脉冲宽度（Duty）误差、状态（State）、相位（Phase）、光学半径（Optical Radius）和索引脉冲宽度（Index Pulse Width）等。这些参数对于理解编码器的性能和进行系统设计非常重要。

绝对最大额定值与推荐工作条件

绝对最大额定值

包括存储温度（ - 40°C至125°C）、工作温度（ - 40°C至115°C）和电源电压（7V）等参数，使用时需确保不超过这些额定值，以保证编码器的正常工作。

推荐工作条件

涵盖工作温度、电源电压、电流、最大输出频率、径向不对中、码轮间隙和镜面反射率等多个方面。例如，工作温度推荐范围为 - 40°C至115°C，电源电压为3.3V或5.0V，最大输出频率在不同插值因子下有不同的限制等。这些条件是保证编码器性能最优的关键，在设计时需要严格遵循。

上电行为与引脚定义

上电行为

当AEDR - 9930EL上电时，A、B和I数字输出在通道A或通道B信号的初始第一次切换状态之前是无效的。

引脚定义

编码器的引脚众多，每个引脚都有特定的功能，如数字输出、SPI通信、电源、接地、校准状态和错误状态等。详细的引脚定义有助于工程师进行正确的电路连接和系统设计。

可编程选择选项

内置插值选择

通过SEL1、SEL2、SEL3和IND SEL引脚的不同组合，可以选择多种插值因子和索引模式，实现不同的编码分辨率和索引功能。

SPI可编程选项

编码器可以通过SPI进行编程，插值因子范围从1x到1024x。编程过程包括配置外部选择到SPI模式、进行解锁序列、写入程序内存和设置插值参数等步骤。这些可编程选项为用户提供了极大的灵活性，能够根据具体应用需求进行定制化配置。

电源与布线建议

在电源供应引脚和一般布线方面，建议将VDDA、VDD和各自的接地（VSSA和VSSD）分别连接，并使用一对22 - μF和0.1 - μF的电容作为旁路电容，放置在电源和接地引脚之间，尽可能靠近编码器ASIC封装。同时，要设计单独的VDD和VDDA走线，并尽量减小走线或电缆长度。这些布线规则有助于减少电源噪声和干扰，提高编码器的稳定性和性能。

自动校准过程

AEDR - 9930EL内置自动校准算法，可通过将编码器从非刻度状态移动到刻度状态，或用纸张放在编码器前面来触发校准过程。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。校准步骤包括确保编码器初始处于非刻度状态、移动码带使其处于刻度范围内、来回移动码带并监测校准状态等。如果校准不成功，需要检查编码器与码带之间的间隙，并重复校准步骤。

信号特性与电气特性

数字信号特性

在特定的码轮条件下（ROP为5.21 mm，512 CPR），文档给出了不同插值因子下通道A和通道B信号的动态性能参数，如周期误差、脉冲宽度误差、相位误差和状态误差等。这些参数反映了编码器在不同工作条件下的性能表现，对于评估编码器的精度和稳定性至关重要。

电气特性

包括高电平输出电压、低电平输出电压、每通道输出电流、上升时间和下降时间等参数，这些特性决定了编码器与其他电路的兼容性和信号传输质量。

码轮与码带设计

码轮特性

基于博通认证的码轮供应商，码轮的镜面反射率在反射区域要求不低于60%，非反射区域不高于5%，LED峰值波长为853 nm。

码带设计准则

码带的增量和索引窗口轨道为反射面，增量和索引条轨道为不透明面，只有一个索引窗口轨道，增量窗口和条轨道的数量取决于应用需求。文档还给出了码带的具体尺寸计算公式和397 LPI情况下的尺寸示例。合理的码轮和码带设计是保证编码器正常工作和高精度检测的基础。

编码器放置与方向

编码器的发射器和探测器芯片与码轮窗口/条方向平行放置，编码器封装朝下安装在码轮上。编码器封装的光学中心必须与码轮的ROP相切，推荐的最佳间隙为0.75 mm，范围在0.45 mm至1.05 mm之间（基于512 CPR）。此外，码轮逆时针旋转时通道A领先通道B，顺时针旋转时通道B领先通道A。正确的放置和方向对于编码器的性能和精度至关重要。

湿度敏感度与订购信息

湿度敏感度

AEDR - 9930EL封装的湿度敏感度等级为3（MSL 3），在使用前需要注意存储和处理条件，如未开封的防潮袋可在 < 40°C/90% RH的环境下存储12个月，开封后需在特定条件下进行操作，必要时还需要进行烘烤处理。

订购信息

提供了相关的零件编号和订购信息，如AEDR - 9930EL - 100和AEDR - 9930EL - 102分别表示不同数量的编带包装，还有线性编码器评估板和SPI编程套件等产品可供选择。对于需要旋转编码器的应用，可参考AEDR - 9930E的数据手册。

综上所述，AEDR - 9930EL三通道反射式增量线性编码器以其丰富的特性、广泛的应用范围和灵活的可编程选项，为电子工程师提供了一个强大而可靠的解决方案。在实际设计中，工程师需要充分考虑其各项参数和特性，遵循相关的设计准则和建议，以实现编码器的最佳性能和系统的稳定运行。大家在使用这款编码器的过程中遇到过哪些问题呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享交流。