探索Broadcom AS20系列微型編碼器：創(chuàng)新技術(shù)與卓越性能

在電子工程領(lǐng)域，編碼器作為關(guān)鍵組件，其性能和特性對諸多應(yīng)用場景起著決定性作用。今天，我們來深入了解一下Broadcom的AS20系列微型編碼器，一款融合了創(chuàng)新技術(shù)與卓越性能的磁絕對套件編碼器。

文件下載：Broadcom AS20-Series微型編碼器套件.pdf

一、技術(shù)原理與核心優(yōu)勢

1. 能量收集技術(shù)

AS20系列采用了專利的能量收集（EH）技術(shù)，這是其一大亮點(diǎn)。該技術(shù)的神奇之處在于，無論旋轉(zhuǎn)速度和方向如何，都能產(chǎn)生相同數(shù)量的能量。所產(chǎn)生的能量足以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)跟蹤電路，即使在沒有外部電源的情況下，也能確保轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。這種技術(shù)使得編碼器無需電池和齒輪，減少了維護(hù)需求和污染風(fēng)險(xiǎn)。

2. 高分辨率與寬溫度范圍

它具備全磁18位單圈（ST）和32位多圈（MT）的分辨率，組合分辨率高達(dá)50位。整體直徑僅為?20 mm，非常適合小型化設(shè)計(jì)。而且，其工作溫度范圍極寬，從 –40°C到115°C，能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境。

3. 智能特性

AS20系列還擁有一系列智能特性，如內(nèi)置溫度傳感器、用戶可編程分辨率、零復(fù)位、系統(tǒng)報(bào)警等。這些特性使得編碼器更加靈活和智能，能滿足不同用戶的需求。

二、系統(tǒng)規(guī)格與電氣特性

1. 絕對最大額定值

在使用編碼器時(shí)，了解其絕對最大額定值非常重要。AS20系列的工作溫度范圍為 –40°C到115°C，最高PCBA溫度可達(dá)125°C。供電電壓最大為7V，ESD（HBM）為±2kV，允許的最大轉(zhuǎn)速為12,000 rpm，相對濕度最大為90%（T = 60°C，非冷凝）。此外，單圈分辨率為15 - 18位，多圈分辨率有12、14、16、20、24、32位可選，傳輸長度最大為25米。

2. 電氣特性

在推薦的工作條件下（(V{DD}=4.5 ~V) 到 5.5V，(T{A}=-40^{circ} C) 到 115°C），供電電壓典型值為5.0V，供電電流典型值為40 mA。單圈精度在組裝到電機(jī)并完成自動(dòng)增益校準(zhǔn)后為±0.1度，上電待機(jī)時(shí)間最大為500 ms。協(xié)議IO驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度為5 - 40 mA，差分收發(fā)器具有一定的滯后和開口電壓，輸出和輸入電壓也有相應(yīng)的規(guī)定。

三、機(jī)械結(jié)構(gòu)與引腳定義

1. 機(jī)械結(jié)構(gòu)

編碼器主要由外屏蔽、自攻螺釘、上外殼、磁轂、超低頭螺釘、下外殼和下屏蔽等部分組成。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，便于安裝和使用。

2. 引腳定義

編碼器采用SM08B - SRSS - TB(LF)(SN)連接器，引腳分配根據(jù)不同的通信協(xié)議選項(xiàng)有所不同。例如，在BiSS - C、SSI、RS - 485和SPI協(xié)議中，每個(gè)引腳都有特定的功能。

四、安裝與校準(zhǔn)

1. 編碼器組裝

組裝編碼器時(shí)，需要先從包裝托盤上取下下外殼、下屏蔽和磁轂，然后從外殼中取出磁鐵。接著，將下外殼安裝到電機(jī)上，確保編碼器導(dǎo)向銷插入電機(jī)導(dǎo)向孔，并使用M2X6超低頭螺釘擰緊，推薦扭矩為0.12 Nm。之后，在磁轂上安裝2個(gè)M2緊定螺釘，再將磁轂安裝到電機(jī)軸上，使用高度定位夾具控制磁鐵高度，最后擰緊緊定螺釘。最后，將帶有PCBA的上編碼器外殼組裝到下編碼器外殼上，使用M1.7x18自攻螺釘鎖定，再安裝外屏蔽，完成組裝。

2. 校準(zhǔn)

對于SSI選項(xiàng)，編碼器校準(zhǔn)和設(shè)備配置可通過在校準(zhǔn)期間切換到SPI模式來實(shí)現(xiàn)。通過切換SEL1和SEL2引腳的邏輯電平，可以啟用SPI校準(zhǔn)模式。

五、通信協(xié)議與連接

1. RS - 485半雙工協(xié)議

編碼器與主機(jī)（如伺服驅(qū)動(dòng)器）之間建立一對一的半雙工串行通信，采用差分傳輸格式。編碼器根據(jù)主機(jī)的命令請求執(zhí)行特定操作，在執(zhí)行請求操作之前需要確認(rèn)命令請求。通信波特率為2.5 - 10 Mbps，幀長度為10位/幀，不同波特率下的幀集請求周期時(shí)間和抖動(dòng)也有所不同。

2. BiSS - C串行接口

BiSS - C接口具有特定的時(shí)序特性，如MA頻率為0.08 - 10 MHz，MA占空比為50%，忙時(shí)間和超時(shí)時(shí)間根據(jù)MA頻率有所不同。編碼器與主驅(qū)動(dòng)器的連接需要滿足一定的要求，如供電電壓在4.5 - 5.5V之間，使用雙絞線屏蔽電纜，終端使用220Ω電阻，屏蔽線兩端接地。

3. SSI 2 - 線串行接口

SSI協(xié)議的時(shí)鐘頻率為100 - 10,000 kHz，時(shí)鐘占空比為50%，單穩(wěn)態(tài)時(shí)間最大為20 μs，暫停時(shí)間最小為21 μs。編碼器校準(zhǔn)和配置通過切換到SPI模式實(shí)現(xiàn)，通過設(shè)置SEL1和SEL2引腳的邏輯電平來啟用SPI校準(zhǔn)模式。

4. SPI 4 - 線協(xié)議

SPI協(xié)議有一系列的時(shí)序要求，如NCS下降沿與CLK上升沿之間的時(shí)間、串行時(shí)鐘周期、時(shí)鐘低電平和高電平時(shí)間等。用戶需要根據(jù)這些要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用。

六、編程與校準(zhǔn)套件

為了方便用戶評估AS20系列編碼器，Broadcom提供了基于MCU的編程套件。該套件支持各種AS20協(xié)議選項(xiàng)，具有相同的硬件和基于Windows的GUI，方便用戶進(jìn)行編程和校準(zhǔn)操作。

七、產(chǎn)品型號與包裝信息

AS20系列有多種產(chǎn)品型號可供選擇，如AS20 - M42M - B11、AS20 - M42M - S11、AS20 - M42M - P11、AS20 - M42M - K11等，不同型號具有不同的分辨率、輸出類型和協(xié)議。每個(gè)型號都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)包裝增量和包裝方法。

總的來說，Broadcom的AS20系列微型編碼器憑借其創(chuàng)新的能量收集技術(shù)、高分辨率、寬溫度范圍、智能特性以及豐富的通信協(xié)議選項(xiàng)，在微型伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器、線性執(zhí)行器、醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、機(jī)器人、自動(dòng)導(dǎo)引車和工廠自動(dòng)化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，我們在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，不妨考慮這款性能卓越的編碼器。大家在使用編碼器的過程中，有沒有遇到過一些特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。