Optische Encoder (Broadcom AEDR)
Zusammenfassung
Reflektierende optische Inkremental-Encoder von Broadcom/Avago: der hochauflösende AEDR-9920 mit programmierbarem Interpolator bis 512×, die Miniatur-Serie AEDR-8300 (kleinster reflektiver SMD-Encoder) und ein Design Guide zur Spiral-Codewheel-Technik für gezielt niedrige CPR-Werte.
Inhalt
Funktionsprinzip (reflektiv)
- LED + Photodetektor-IC in einem Gehäuse über einem Codewheel/Codestrip: reflektierende Fenster werfen Licht auf den Detektor zurück, opake Balken nicht → alternierendes Hell/Dunkel-Muster wird zu Digitalsignalen.
- Begriffe: 1 Cycle = 360° elektrisch = 1 Fenster/Balken-Paar; 4 States je Cycle (je 90°e); Quadratur-Phase φ nominell 90°e; Count N = Paare pro Umdrehung (CPR).
- Auflösungsformel: CPR = LPI × 2π × ROP (ROP = optischer Radius); Drehzahl: RPM = (Count-Frequenz × 60) / CPR.
AEDR-9920 (DS101, Rev. Jan 2021)
- 3-Kanal reflektiver Encoder: differentielle digitale A/B/I-Ausgänge oder AB-Quadratur + Index; TTL-kompatibel.
- Basisauflösung 225 LPI (8,86 LPmm); Interpolator fest verdrahtet 1×–256× wählbar (SEL-Pins), per SPI 1×–512×.
- CPR bei ROP 4,6 mm: 256 (1×) bis 65536 (256×); bei 11,23 mm: 625 bis 160000.
- Index-Breite wählbar: gated 90°e/180°e/360°e oder roh ungated (330°e).
- Max. Ausgabefrequenz: 0,2 MHz bei 1×, bis 2,0 MHz ab 16×; Anstiegs-/Abfallzeit < 50 ns.
- Versorgung 3,3 V oder 5 V (ICC typ. 48 mA), Temperatur −40…+115 °C; Gehäuse 4,0 × 4,0 × 1,05 mm (Leadless-SMD, MSL 3).
- Genauigkeit (typ.): Cycle Error ±5°e bei 1× bis ±60°e bei 256×; Phase Error nur ±2°e bei 1×.
- Montage: Codewheel-Abstand 0,5–1,5 mm (optimal 1,0 mm); Kanal A eilt B voraus bei Drehung gegen Uhrzeigersinn.
- Konfiguration per SPI (max. 1 MHz): Unlock via Adresse 0x10 = 0xAB, Interpolation/Index in Register 0x0B/0x0C, EEPROM-Programmierung durch Schreiben von 0xA1 an Adresse 0x11.
AEDR-8300-Serie (Datenblatt „2343282”)
- Kleinster reflektiver Optical-Encoder im SMD-Leadless-Gehäuse (~5,12 × 3,96 mm): LED + Photodetektor integriert.
- Varianten: Einzelkanal (AEDR-8310) oder 2-Kanal-Quadratur (AEDR-8300); TTL-kompatible Ausgänge → direkte Weiterverarbeitung.
- Auflösungen: 36/75/150/180 LPI (1,42/2,95/5,91/7,09 LPmm); empfohlenes Codewheel mit ROP 11 mm → 204/408/490 CPR.
- Versorgung 5 V, LED-Strom 15 mA typ. über 220-Ω-Vorwiderstand; Temperatur −20…+85 °C; Zählfrequenz bis 30 kHz (bis 15 kHz bei 36 LPI).
- Abstand Codewheel 1,0–2,5 mm (typ. 2,0 mm); Emitterseite näher zur Welle; Farbkennzeichnung nach Auflösung (grün=36, transparent=75, rot=150, amber=180 LPI).
Spiral-Codewheel (Design Guide DG100)
- Ziel: aus einem hochauflösenden reflektiven Encoder niedrige CPR-Werte erzeugen – billiger als eigene Photodetector-ASICs, da nur das Codewheel-Tooling variiert wird.
- Prinzip: Balken-Fenster-Muster wird schräg (angular) statt senkrecht vom Detektor abgetastet; Verhältnis LPI(PD)/LPI(CW) > 1 reduziert die wirksame Zyklenzahl (Beispiel: Basis 64 CPR bei 5 mm ROP → 48 bzw. 32 CPR).
- Berechnung: θ = arcsin(N·W / (2πR)); Spiral-Konstante K = 360°·cos(θ) / (N·W). Beispiel 75 LPI, ROP 11 mm, Ziel 100 CPR: W = 0,339 mm → θ = 29,34°, K = 9,266 °/mm.
- CAD-Erzeugung der Splinelinie: Konstruktionsradien mit Radialschritt (z. B. 0,1 mm), Drehwinkel je Schritt = K × Schritt, Spline durch die Schnittpunkte, benachbarte Linie um 180°/N gedreht.
- Güte: 300–800 CPR mit < 5 % Mismatch gut; darunter (100/200 CPR) Verschlechterung gegenüber normalem Codewheel wegen Tilt-Mismatch.
- Anwendbar auf AEDR-8300/8400/8500/8700 (75–318 LPI, bis ~865 CPR bei 11 mm).
Quellen
raw/AEDR-9920-DS101.pdf– Datenblatt AEDR-9920 (Broadcom, Jan 2021)raw/2343282.pdf– Datenblatt AEDR-8300-Serie (Avago, 2007)raw/AEDR-Spiral-CW-DG100.pdf– Design Guide Spiral-Codewheel (Broadcom, Okt 2019)